中链支化非离子型表活剂的设计、制备及其清洗油污土壤的性能评价

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石油污染土壤是一种危害极大的固体废物,产生于原油开采、运输、炼制及含油污水处理过程,对生态环境、社会经济和人类健康造成了严重不良影响。表面活性剂清洗法针对性强、工艺简单且清洗效果良好,目前已成为我国各大油田处理石油污染土壤最主要的方法。非离子型和支链化表面活性剂通常具有较高的表/界面活性、较低的CMC以及良好的耐盐性能,在油污土壤清洗领域尤为适用。基于此本文设计并合成了一系列中链支化非离子型表面活性剂,测定了其表/界面活性和土壤吸附性等基本性质,评价了其清洗效能,并探讨了其清洗油污土壤的作用机理。论文首先以L-苯丙氨酸,长链烷基酰氯(C12/C14/C16/C18)和聚乙二醇单甲醚(MPEG,Mn=350、550、750、1000 g/mol)为原料,先后通过酰胺化和酯化反应两步合成出系列新型非离子型表面活性剂N-长链碳酰基-L苯丙氨酸单甲基聚乙二醇酯(Rn-L-MPEG),并利用红外光谱和核磁氢谱表征了反应产物的结构和组成。测定反应收率发现,随着反应物中长链酰氯碳数的增加和MPEG分子量的增加,反应物反应活性下降,收率有所降低,但总体来看反应收率较高,其中酰胺化和酯化反应的收率皆在90%以上。接着,论文系统研究了 Rn-L-MPEG的各项表/界面性质和土壤吸附性与其结构之间的关系。Rn-L-MPEG具有优良的表界面活性和良好的耐盐性能;随着MPEG分子量增大,Rn-L-MPEG 的表面张力逐渐降低,随着酰氯中烷基链的增长,Rn-L-MPEG的表面张力呈现增大趋势,系列表面活性剂中R12-L-MPEG1000具有最低表面张力28.11 mN/m。Rn-L-MPEG界面张力随分子结构变化的规律同表面张力,其中R12-L-MPEG1000的油水界面张力可低至1.46 mN/m。Rn-L-MPEG在土壤表面的吸附为自发放热的多分子层物理吸附,其吸附量随浓度的增大存在四个阶段,其中第二阶段为主要阶段,随着MPEG分子量增大,Rn-L-MPEG的吸附量逐渐增大,随着酰氯中烷基链的增长,Rn-L-MPEG的吸附量呈现下降趋势。最后,论文评价了 Rn-L-MPEG对油污土壤的清洗性能并简探了其清洗机理。清洗实验表明,相同条件下,R12-L-MPEG1000性能最佳。针对含油量为20.35%的稠油污染土壤其最佳热化学清洗条件为:清洗剂加量2.5%,固液比为 4:1,50℃水浴下400 r/min搅拌水洗40 min,此时除油率可达92.29%,残油率为1.57%。通过对比土壤对稠油和R12-L-MPEG 1000的吸附性研究和研究R12-L-MPEG1000对原油的乳化性能,推断出R12-L-MPEG1000的清洗机理为滚落-乳化机制和吸附-顶替机制。
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