本發(fā)明涉及co2/n2響應(yīng)型智能bola表面活性劑對(duì)的制備及其在土壤清洗中的應(yīng)用，屬于表面活性劑科學(xué)與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、石油資源的過度采掘、不當(dāng)儲(chǔ)存及泄露問題，已構(gòu)成全球性土壤污染的重大挑戰(zhàn)，深刻影響生態(tài)安全。其中，礦物油、芳烴、稠環(huán)芳烴及鹵化烴等有機(jī)污染物尤為普遍，其難降解特性與長(zhǎng)期環(huán)境滯留性，不僅加劇了全球生態(tài)危機(jī)，還直接或間接地對(duì)人類健康構(gòu)成了潛在威脅。因此，迫切需要一種能夠應(yīng)對(duì)被不同種類油相污染的土壤高效清洗技術(shù)。利用表面活性劑提高土壤清洗效率是較為常用土壤修復(fù)技術(shù)之一，但通常涉及表面活性劑濃度高、用量大以及清洗后因表面活性劑吸附而造成土壤二次污染等問題。此外，常規(guī)表面活性劑通常會(huì)在清洗后與油相形成乳狀液，不僅存在破乳困難的問題，由于其雙親性，部分表面活性劑還會(huì)進(jìn)入油相，導(dǎo)致表面活性劑無法完全回收，只能一次性使用，直接排放造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染

2、刺激-響應(yīng)性表面活性劑能根據(jù)外界刺激在“表面活性”和“無表面活性”之間可逆轉(zhuǎn)換，目前所報(bào)道的刺激響應(yīng)方式包括：ph、氧化還原、co2/n2、溫度、磁場(chǎng)、光等，這有效解決了土壤清洗后形成的乳液破乳困難的問題，然而大多數(shù)刺激-響應(yīng)表面活性劑“失活”后，轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷越Y(jié)構(gòu)，部分或全部轉(zhuǎn)移至油相，既增加了油品純化的難度，同時(shí)也令表面活性劑分子無法實(shí)現(xiàn)完全回收。表面活性劑的回收和可重復(fù)使用性在土壤清洗中的意義重大。

3、因此，急需開發(fā)一種高效、綠色、可持續(xù)的土壤清洗方法，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)油品和表面活性劑的回收再用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、技術(shù)問題：一般刺激響應(yīng)型表面活性劑通過調(diào)控親水基團(tuán)使表面活性劑在“有活性”和“無活性”之間轉(zhuǎn)換，主要調(diào)控方式是將親水基(極性基團(tuán))轉(zhuǎn)變?yōu)榉菢O性或弱極性基團(tuán)(疏水基)，于是在失活后，表面活性劑往往變得不溶于水，部分或全部地會(huì)轉(zhuǎn)移至油相中，特別在土壤清洗領(lǐng)域中，這些失活的表面活性劑不僅增加了油相純化的難度，同時(shí)也令表面活性劑的水溶液無法回收和多次使用，直接排放不僅浪費(fèi)資源，更增加了環(huán)境污染的負(fù)擔(dān)。

2、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種co2/n2響應(yīng)的bola型表面活性劑在土壤清洗中的應(yīng)用，這一表面活性劑在處于雙親性狀態(tài)時(shí)具有表面活性，能夠吸附在油水界面處并降低界面張力。促使油滴從固體顆粒上脫附，使用濃度可比常規(guī)表面活性劑低10-50倍，總耗水量不超過200ml/g土壤。清洗結(jié)束后通入少量co2，表面活性劑轉(zhuǎn)變?yōu)閎ola構(gòu)型，親水性顯著提高，從界面脫附，表面活性劑分子完全回到水相中，之后通入n2，令含有表面活性劑的水相能夠循環(huán)重復(fù)使用。

3、本發(fā)明第的目的在于提供一種co2/n2響應(yīng)型bola表面活性劑在土壤清洗中的應(yīng)用，清洗過程包括步驟：

4、s1.表面活性劑水溶液與污染土壤在室溫下混合；

5、s2.然后鼓入co2直至水相ph＝4-6左右；

6、s3.將油層分離后，含土壤的水相固液分離，得到的固相洗滌干燥即可得到凈化后的土壤；得到的水相即為含表面活性劑的水溶液，鼓入n2，使ph值至9～10，即可得到可循環(huán)的表面活性劑水溶液；

7、所述表面活性劑的結(jié)構(gòu)式為：

8、結(jié)構(gòu)式中，r1與r2為c1～c4的烷基；r3為c8～c18的烷基；x為堿金屬。

9、進(jìn)一步地，步驟s1中，混合后在室溫下攪拌2～5小時(shí)。使表面活性劑和被污染的土壤充分混勻，與其中的油污充分反應(yīng)。

10、進(jìn)一步地，結(jié)構(gòu)式中，所述烷基包括直鏈烷基、支鏈烷基、含有芳香環(huán)的烷基、飽和或不飽和烷基；所述堿金屬包括但不限于鈉、鉀。

11、進(jìn)一步地，所述污染土壤包括被污染的土壤、油泥砂；所述污染土壤表面帶正電荷。

12、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述污染土壤表面帶正電荷、粒徑2-100目。

13、進(jìn)一步地，污染土壤中的污染物為污染油，污染油包括烷烴、芳香烴、硅油、酯類化合物中的一種或多種形成的混合物。

14、更進(jìn)一步地，所述芳香烴包括多環(huán)芳烴；所述多環(huán)芳烴包括但不限于聯(lián)苯、聯(lián)多苯類、多苯代脂肪烴、稠環(huán)芳烴中的一種或組合。

15、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，步驟s1形成的混合液中表面活性劑濃度為1.0～10mmol/l；

16、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，步驟s1形成的混合液中ph值為8～11。

17、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，步驟s1中，水的用量為1～20ml/g污染土壤。

18、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，步驟s2中，通入的co2為純co2氣體或co2和惰性氣體的混合氣；

19、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，步驟s3中，通入的n2為純n2氣體或n2和惰性氣體的混合氣；

20、進(jìn)一步地，所述污染土壤中的油含量為0.01～1g油/g土壤。

21、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，污染土壤清洗過程如下：將所述表面活性劑水溶液與污染土壤在室溫下攪拌2～5小時(shí)，然后鼓入co2直至下層水相ph＝4～5，將油層分離后，含土壤的水相進(jìn)行固液分離，得到的固相洗滌干燥即可得到凈化后的土壤；得到的水相即為含表面活性劑的水溶液，向水溶液中鼓入n2，使ph值恢復(fù)至9～10；表面活性劑水溶液即可繼續(xù)用于下一次的清洗過程，實(shí)現(xiàn)含表面活性劑的水相循環(huán)再用。同時(shí)也實(shí)現(xiàn)油相的回收再利用。

22、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，采用帶正電荷的方解石模擬土壤，浸潤(rùn)油相后與表面活性劑水溶液混合；土壤以方解石模擬，目數(shù)為3～100目。

23、進(jìn)一步地，本發(fā)明中co2/n2的通入時(shí)間以實(shí)際ph為準(zhǔn)。

24、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，土壤清洗時(shí)間為1～3小時(shí)。

25、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述油相包括液體石蠟、正十六烷、甲苯、肉豆蔻酸異丙酯、二甲基硅油中的一種或多種形成的混合物。

26、本發(fā)明另一個(gè)目的是將上述的co2/n2響應(yīng)的智能轉(zhuǎn)換的表面活性劑應(yīng)用于油品運(yùn)輸、乳液聚合、納米材料合成以及非均相催化領(lǐng)域中。

27、有益效果：

28、本發(fā)明提供的污染土壤清洗方法，簡(jiǎn)單易操作，利用表面活性劑的co2/n2響應(yīng)特性，在鼓入co2后，表面活性劑分子轉(zhuǎn)變成bola型強(qiáng)親水構(gòu)型，表面活性劑從油污表面脫附并轉(zhuǎn)移至水相，移除油相并移除co2后，表面活性劑可循環(huán)清洗油泥砂至少3次，實(shí)現(xiàn)了綠色可持續(xù)循環(huán)的目標(biāo)；

29、本發(fā)明回收的油相中表面活性劑無殘留，可以資源化利用。表面活性劑在失活后全部溶于水中，實(shí)現(xiàn)了表面活性劑的回收和重復(fù)使用；土壤中的油相回收率達(dá)85％以上，殘留率減少至0.3％以下；

30、本發(fā)明能夠在較低濃度(1.0mm，≈0.06cmc)下對(duì)污染土壤進(jìn)行有效清洗，表面活性劑用量少，用水量少，經(jīng)濟(jì)效益高；

31、本發(fā)明提供的方法適用范圍廣，適用于烷烴、芳香烴、硅油、酯類化合物、多環(huán)芳烴及其混合物等污染的土壤。

技術(shù)特征：

1.一種co2/n2響應(yīng)的bola型表面活性劑在土壤清洗中的應(yīng)用，其特征在于，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的co2/n2響應(yīng)的bola型表面活性劑在土壤清洗中的應(yīng)用，其特征在于，所述烷基包括直鏈烷基、支鏈烷基、含有芳香環(huán)的烷基、飽和或不飽和烷基；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的co2/n2響應(yīng)的bola型表面活性劑在土壤清洗中的應(yīng)用，其特征在于，所述污染土壤包括被污染的土壤、油泥砂；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的co2/n2響應(yīng)的bola型表面活性劑在土壤清洗中的應(yīng)用，其特征在于，所述污染土壤中的污染油含量為0.01～1g/g土壤。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的co2/n2響應(yīng)的bola型表面活性劑在土壤清洗中的應(yīng)用，其特征在于，所述污染油包括烷烴、芳香烴、硅油、酯類化合物中的一種或多種形成的混合物。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的co2/n2響應(yīng)的bola型表面活性劑在土壤清洗中的應(yīng)用，其特征在于，所述芳香烴包括多環(huán)芳烴；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的co2/n2響應(yīng)的bola型表面活性劑在土壤清洗中的應(yīng)用，其特征在于，步驟s1中，混合后在室溫下攪拌2～5小時(shí)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的co2/n2響應(yīng)的bola型表面活性劑在土壤清洗中的應(yīng)用，其特征在于，步驟s1形成的混合液中表面活性劑濃度為1.0～10mmol/l；

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的co2/n2響應(yīng)的bola型表面活性劑在土壤清洗中的應(yīng)用，其特征在于，步驟s1中，需水的用量為1～20ml/g污染土壤。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的co2/n2響應(yīng)的bola型表面活性劑在土壤清洗中的應(yīng)用，其特征在于，步驟s2中，通入的co2為純co2氣體或co2和惰性氣體的混合氣；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種CO<subgt;2</subgt;/N<subgt;2</subgt;響應(yīng)的智能Bola的表面活性劑用于清洗帶正電土壤清洗的新方法，屬于表面活性劑科學(xué)與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。清洗過程包括步驟：表面活性劑水溶液與污染土壤混合后鼓入CO<subgt;2</subgt;反應(yīng)后；將油層分離后，再進(jìn)行固液分離，分離得到的水相中鼓入N<subgt;2</subgt;反應(yīng)后，得到可循環(huán)的表面活性劑水溶液。本發(fā)明中的表面活性劑，通過通入CO<subgt;2</subgt;/N<subgt;2</subgt;，使表面活性劑結(jié)構(gòu)中的叔胺基團(tuán)在“非極性”和“強(qiáng)極性”即“有活性”和“無活性”之間智能轉(zhuǎn)換。本發(fā)明的方法可將土壤油相殘留率降低至0.3％以下，表面活性劑失活后完全進(jìn)入水相，不影響油相的品質(zhì)，且表面活性劑用量少。實(shí)現(xiàn)了表面活性劑溶液的重復(fù)利用和回收，有利于實(shí)現(xiàn)化學(xué)物資的減排和節(jié)水等環(huán)境友好目標(biāo)。

技術(shù)研發(fā)人員：蔣建中,張婉晴
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9