Paraben
utsläpp i miljönredigera
parabenutsläpp i miljön är vanligt på grund av dess allestädes närvarande användning i kosmetiska produkter. En studie från 2010 om konsument tillgängliga Personliga hygienprodukter visade att 44% av de testade produkterna innehåller parabener. När man tvättar dessa produkter från människokroppen strömmar de ner i avloppet och in i gemenskapens avloppsvatten. När detta inträffar materialiseras potentialen för parabener att ackumuleras i vattenhaltiga och fasta medier. Några av de vanligaste parabenderivaten som finns i miljön inkluderar metylparaben, etylparaben, propylparaben och butylparaben. Parabener flyter från avloppsvatten till avloppsreningsverk (WWTP) som inflöde där de antingen avlägsnas, kemiskt förändras eller släpps ut i miljön genom slam eller tertiärt avloppsvatten.
i en New York WWTP, massbelastning av alla parabenderivat (metylparaben, etylparaben, propylparaben, butylparaben, etc.) från influent avloppsvatten befanns vara 176 mg / dag / 1000 personer. När detta värde används för att uppskatta mängden parabener som kommer in i WWTP från de 8,5 miljoner människor som för närvarande bor i New York City under ett helt år beräknas ett värde på cirka 546 kg parabener. Därför visar nivåer av parabenackumulering betydande vid långvarig efterlevnad. WWTP: er eliminerar mellan 92-98% av parabenderivat; mycket av detta avlägsnande beror emellertid på bildandet av nedbrytningsprodukter. Trots deras välrenommerade höga eliminering genom WWTPs har olika studier mätt höga nivåer av parabenderivat och nedbrytningsprodukter som kvarstår i miljön.
bildning av nedbrytningsprodukterredigera
klorerade produkterredigera
förutom parabener utgör parabennedbrytningsprodukter som bildas under hela WWTP – stadierna ett problem för miljön, inklusive mono – och diklorerade parabener. När parabeninnehållande produkter tvättas ner i avloppet har parabener potential att genomgå kloreringsreaktioner. Denna reaktion kan uppstå med fritt klor närvarande i kranvatten eller med natriumhypoklorit, som ofta används i WWTPs som ett sista desinfektionssteg. I neutralt vatten har Raman-spektroskopi bekräftat att klor huvudsakligen är närvarande som hypoklorsyra (HClO). Parabener kan reagera med HClO för att bilda mono – och diklorerade produkter genom elektrofil aromatisk substitution. Klorens elektrofila attack bildar en karbokalisering som stabiliseras genom donerad elektrondensitet från Parabens hydroxylgrupp. Detta steg är endergoniskt på grund av förlusten av aromaticitet, även om hydroxylgruppen fungerar som en aktiverande grupp som ökar hastigheten. En bas kan sedan abstrahera en proton från kolet innehållande klor, vilket följs av efterföljande restaurering av aromaticitet av de involverade pi-elektronerna. Eftersom hydroxylgruppen är mer aktiverande än parabens estergrupp kommer reaktionen att rikta i båda Orto-positionerna, eftersom para-positionen redan är blockerad.
Arrhenius ekvationen användes i en studie för att beräkna aktiveringsenergier för klorering av fyra parabener (metyl-, etyl-, propyl-och butylparaben) och befanns sträcka sig från 36-47 kJ/mol. I en annan studie spikades kranvatten vid 20 kg C (68 kg f) innehållande 50-200 kg fritt klor med 0.5. propylparaben och blandningens sammansättning övervakades under 40 minuter för att bestämma om klorering sker under förhållanden som finns i kranvatten. Resultat från studien bekräftar försvinnandet av propylparaben efter 5 minuter, utseendet av både 3-klorpropylparaben och 3,5-diklorpropylparabenparaben med 5 minuter och persistensen av 3,5-diklorpropylparaben som huvudart kvar i reaktionen. En liknande, men snabbare, trend hittades i en studie där reaktionstemperaturen ökades till 35 C.
4-hydroxibensoesyra (PHBA)redigera
en annan signifikant parabennedbrytningsprodukt är 4-hydroxibensoesyra (phba). Det finns två mekanismer där parabener kan brytas ned till PHBA. Den första nedbrytningsvägen sker kemiskt. Parabener genomgår lätt baskatalyserad hydrolys av esterbindningen och bildar PHBA. Reaktionen sker under måttligt alkaliska betingelser, speciellt när pH-värdet är 8. Denna reaktion är ganska vanlig i hushållsmiljöer på grund av att pH-området för hushållsavloppsvatten är 6-9 och den utbredda förekomsten av parabener i kosmetiska produkter. När parabeninnehållande kosmetiska produkter släpps ut i gemenskapens avloppsvatten, blir de utsatta för en miljö där pH-värdet 8, och den baskatalyserade hydrolysen av moderparabenen följer och bildar PHBA.
i elektronöverföringsmekanismen resonerar pi-elektronerna i dubbelbindningen mellan syre och karbonylkol till syret, vilket ger en negativ laddning på syret och en positiv laddning på karbonylkolet. En hydroxidjon, som fungerar som en nukleofil, attackerar det nu elektrofila karbonylkolet, vilket ger SP3-hybridisering på karbonylkolet. Elektronerna resonerar tillbaka för att bilda dubbelbindningen mellan syret och karbonylkolet. För att behålla den ursprungliga SP2 –hybridiseringen kommer-eller-gruppen att lämna. – Eller-gruppen fungerar som en bättre lämnande grupp än-OH-gruppen på grund av dess förmåga att upprätthålla en negativ laddning med större stabilitet. Slutligen kommer-eller -, som fungerar som en bas, att deprotonera karboxylsyran för att bilda en karboxylatanjon.
det andra sättet på vilket parabener kan brytas ned till PHBA förekommer biologiskt inom WWTPs. Under den sekundära klargöringsfasen av avloppsreningen ackumuleras slam i botten av sekundärklararen. Vid separation av de flytande och fasta faserna hos det inkommande inflytandet har parabener en större tendens ackumuleras i slammet. Detta beror på dess måttliga hydrofobicitet, som kvantifieras med ett log Kow-värde på cirka 1,58. Detta slam är koncentrerat i organiska näringsämnen; följaktligen blir en spridning av mikroorganismer vanligt i slammet. En organism är Enterobacter cloacae, som biologiskt metaboliserar slamparaberna till PHBA.
ackumulering av nedbrytningsprodukter i miljönredigera
genom olika analytiska tekniker såsom gaskromatografi och högpresterande vätskekromatografi har de exakta nivåerna av ackumulering av parabenderivat och nedbrytningsprodukter i miljön kvantifierats. Dessa nivåer har mätts noggrant i tertiärt avloppsslam och avloppsslam, eftersom dessa är de primära vägarna för vilka parabener och deras nedbrytningsprodukter når miljön vid utsläpp från WWTP.
Parabenstabiliteten i avloppsslam är relativt hög på grund av deras förmåga att binda med organiskt material. Markadsorptionskoefficientvärden beräknades av US Environmental Protection Agency som 1,94 (metylparaben), 2,20 (etylparaben), 2,46 (propylparaben) och 2.72 (butylparaben), som alla tyder på att parabener har förmågan att fästa vid den organiska delen av sediment och slam och därmed fortsätta miljömässigt.klorerade parabener avlägsnas från WWTPs med endast 40% effektivitet jämfört med 92-98% effektivitet hos moderparabener. Minskningen av borttagningseffektiviteten kan hänföras till den minskade biologiska nedbrytbarheten hos klorerade parabener, deras ökade totala stabilitet under hela WWTPs och deras relativt låga sorption till slamfasen på grund av låga log Kow-värden.
högre nivåer av PHBA finns i tertiärt avloppsvatten jämfört med parabenderivat, och PHBA finns i den högsta koncentrationen i avloppsslam. Det finns två orsaker till dessa nivåer av ackumulering. Den första orsaken är PHBA: s tendens att sorbera till fasta partiklar, som kan approximeras med bensoesyras höga Kd-värde på cirka 19. PKa för PHBA är 2,7, men det är i en miljö med ett pH mellan 6-9. Eftersom pKa är mindre än pH kommer karboxylsyran att deprotoneras. Karboxylatet gör det möjligt att fungera som en sorbent på fasta miljömatriser, vilket främjar dess aggregering i tertiärt avloppsvatten, men särskilt avloppsslam, som fungerar som den fasta matrisen själv. Den andra orsaken beror på den mellanliggande ökningen av phba-nivåer under den sekundära klargöringsfasen av WWTP genom biologiska processer.
miljöhänsyn med parabennedbrytningsprodukteredit
flera studier har kopplat klorerade parabener till hormonstörande funktioner, som specifikt efterliknar effekterna av östrogen och klorerade parabener tros vara 3-4 gånger mer giftiga än deras moderparaben. I Daphnia magna uppträder Allmän toxicitet som ges av klorerade parabener genom icke-specifik störning av cellmembranfunktionen. Styrkan hos de klorerade parabener korrelerar med benägenheten hos föreningen att ackumuleras i cellmembran. Således ökar klorerade parabener generellt i toxicitet eftersom deras esterkedjor ökar i längd på grund av deras ökade hydrofobicitet.
konsekvenserna av PHBA: s miljöackumulering garanterar också uppmärksamhet. Om det tertiära utflödet återanvänds för gemenskapsbruk som gråvatten utgör det en fara för människor. Dessa faror inkluderar, men är inte begränsade till, onormal fosterutveckling, hormonstörande aktivitet och felaktiga östrogenfrämjande effekter. Om det tertiära utflödet släpps ut i miljön i floder och vattendrag eller om slammet används som gödningsmedel, utgör det en fara för miljöorganismer. Det är särskilt giftigt för dessa organismer på lägre trofiska nivåer, särskilt olika algarter. I själva verket har det visats att LC50 för en specifik Algart, Selenastrum capricornutum, är 0,032 mikrogram per liter (mikrogram/l). Detta är mindre än det naturliga överflödet av PHBA i tertiärt avloppsvatten på en nivå av 0.045 occurg / L, vilket indikerar att nuvarande nivåer av PHBA i tertiärt avloppsvatten potentiellt kan utrota mer än 50% av Selenastrum capricornutum det kommer i kontakt med.
avlägsnande av parabener genom ozoneringedit
ozonering är en avancerad behandlingsteknik som har betraktats som en möjlig metod för att begränsa mängden parabener, klorerade parabener och PHBA som ackumuleras i miljön. Ozon är en extremt kraftfull oxidant som oxiderar parabener och gör dem lättare att ta bort när de sedan passerat genom ett filter. På grund av Ozons elektrofila natur kan den lätt reagera med den aromatiska parabenringen för att bilda hydroxylerade produkter. Ozonering betraktas allmänt som en mindre farlig metod för desinfektion än klorering, även om ozonering kräver mer kostnadshänsyn. Ozonering har visat stor effekt vid avlägsnande av parabener (98,8–100%) och en något lägre effekt på 92,4% för PHBA. En måttligt lägre borttagningshastighet observeras emellertid för klorerade parabener (59,2–82,8%). En föreslagen reaktionsmekanism för avlägsnande av parabener genom ozonering är detaljerad mekanistiskt.
Leave a Reply