一种阴非型孪连表面活性剂及其制备方法和在修复卤代烃污染含水层中的应用技术

本发明专利技术提供了一种阴非型孪连表面活性剂及其制备方法和在修复卤代烃污染含水层中的应用，属于环境修复技术领域。本发明专利技术提供的阴非型孪连表面活性剂结合非离子和阴离子表面活性剂的双重优势，其在地下低温环境中不析出，不易受地下水中离子的干扰，吸附损失低，表面活性强，对四氯乙烯具有极强的增溶能力，具有能够实现高效修复卤代烃污染含水层的应用潜力，能够有效克服常规单链表面活性剂在修复过程中效率低、活性差、环境风险高的缺陷。环境风险高的缺陷。环境风险高的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种阴非型孪连表面活性剂及其制备方法和在修复卤代烃污染含水层中的应用


[0001]本专利技术涉及环境修复
，尤其涉及一种阴非型孪连表面活性剂及其制备方法和在修复卤代烃污染含水层中的应用。

技术介绍

[0002]目前，地下水污染问题已经受到广泛关注。卤代烃有机物作为脱脂剂、清洗剂以及工业合成的中间体被广泛应用，是地下水中普遍存在的污染物。其中最常见的氯代烃如四氯乙烯(PCE)，它的密度比水大，属于重质非水相液体(DNAPL)，在地下环境中溶解度低、稳定性强，毒性大且不易被微生物降解，进入到地下环境后容易受到重力作用和水流作用向含水层迁移而被截留在地层介质孔隙中。这类污染物难以从地下环境中被彻底去除，对人类的健康和地下环境产生巨大影响。
[0003]表面活性剂强化含水层修复技术被证实是修复卤代烃污染含水层较为有效的修复技术之一。表面活性剂具有一头亲水，一头亲油的分子结构特点，能够增加DNAPLs在水中的溶解度和降低油水两相间界面张力。现有常用的表面活性剂主要包含阴离子型、非离子型以及生物型三大类，但是结合现有的研究和实际修复案例，它们均存在一定的缺点。阴离子型表面活性剂如十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)等，它们在地下低温环境中容易析出，并且受到含水层阳离子的干扰与其结合产生沉淀，增溶能力有限；非离子型表面活性剂如吐温80(Tween
‑
80)、曲拉通100(TX
‑
100)、布里杰35(Brij35)等，它们容易被地层介质(黏土矿物和有机质)吸附后被大量残留在介质孔隙中，具有较高的吸附损失和环境风险(使用表面活性剂后二次污染的风险是指，在使用表面活性剂冲洗处理受污染的含水层后，由于地层介质对材料的吸附，表面活性剂被大量残留在介质孔隙中(如非离子型表面活性剂)，难以被微生物降解，并且大部分材料对地下中的土著微生物具有毒害作用，破坏土壤生态平衡)，同时在实际修复中降低了修复的效率，增加了材料成本的消耗；生物型表面活性剂如鼠李糖脂，由于其提纯手段复杂，价格昂贵，难以实现在场地中的大规模应用。尽管目前表面活性剂的种类很多，能够在地下环境中高效去除污染物的同时又适应地下环境特点(低温、离子干扰和吸附损失等)的表面活性剂却较少。
[0004]双子表面活性剂作为新一代表面活性剂，近年来受到学者们越来越多的关注和研究。其结构由两个两亲分子通过连接基相连，独特的分子结构使其在形成胶束或者界面相间时排列的更加紧密，相较于传统单链表面活性剂它具有更低的表面张力和临界胶束浓度，更强的增溶能力。专利CN110698366A公开了一种磺酸盐阴离子型双子表面活性剂及其合成方法，其对地下水中氯代烃有较好的增溶能力，但阴离子型表面活性剂低温条件下容易从水中析出，抗离子干扰能力差。实现对双子表面活性剂功能基的调控可以进一步提高材料的性能和适应性。
[0005]目前公开报道的双子表面活性剂多用于驱油、废纸脱墨等领域，适合于应用在环境修复领域的材料较少，大部分研究仅局限于针对合成方法和提纯手段上进行优化，并未
在地下水修复领域中得到广泛应用，地下环境结构较为复杂，实现对污染物高效增溶的同时降低材料的损失与环境风险是目前需要解决的关键问题。因此，亟待研发针对地下环境特点且更贴合实际应用条件的双子表面活性材料。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种阴非型孪连表面活性剂及其制备方法和在修复卤代烃污染含水层中的应用，所述阴非型孪连表面活性剂在地下低温环境中不析出，不易受地下水中离子的干扰，吸附损失低，表面活性强，对四氯乙烯具有极强的增溶能力，具有能够实现高效修复卤代烃污染含水层的应用潜力。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种阴非型孪连表面活性剂，具有式I所示结构：
[0009][0010]式I中，m值代表碳链数，n值代表聚氧乙烯链数，m＝8～12，n＝3～15，且m和n均为整数。
[0011]优选的，所述m＝9，n＝10。
[0012]本专利技术提供了上述技术方案所述阴非型孪连表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：
[0013]将烷基酚聚氧乙烯醚、衣康酸和酸催化剂混合，进行酯化反应，得到烷基酚衣康酸双酯；所述烷基酚聚氧乙烯醚中烷基的碳原子数为8～12，聚氧乙烯链数为3～15；
[0014]将所述烷基酚衣康酸双酯、亚硫酸钠和水混合，进行磺化反应，得到阴非型孪连表面活性剂。
[0015]优选的，所述烷基酚聚氧乙烯醚和衣康酸的摩尔比为(2～3.5):1。
[0016]优选的，所述酸催化剂为浓硫酸；所述酸催化剂的质量为衣康酸质量的1～12％。
[0017]优选的，所述酯化反应的温度为110～140℃，时间为4～5h。
[0018]优选的，所述亚硫酸钠与衣康酸的摩尔比为(0.8～1.2):1。
[0019]优选的，所述磺化反应的温度为80～100℃，时间为4～5h。
[0020]本专利技术提供了上述技术方案所述阴非型孪连表面活性剂在修复卤代烃污染含水层中的应用。
[0021]本专利技术提供了一种阴非型孪连表面活性剂，具有式I所示结构：
[0022][0023]式I中，m值代表碳链数，n值代表聚氧乙烯链数，m＝8～12，n＝3～15，且m和n均为整数。
[0024]本专利技术提供的阴非型孪连表面活性剂中，亲水基由阴离子的磺酸基和非离子的聚氧乙烯链组成，疏水基由长碳链和双苯环组成，衣康酸分子作为连接基骨架，构成阴非型孪连表面活性材料的分子结构。该独特的阴非离子结构赋予其在地下环境中应用的潜力，双子结构使其具有较高的表面活性和对卤代烃污染物较强的去除能力，具体的优势为：
[0025]1.两条长直疏水尾链和两个苯环具有比单链更强的疏水间结合力，与含水层中疏水性强的卤代烃之间的亲和性更高，表面活性分子在界面处排列的更加紧密，降低油水界面张力的能力更强。实施例的结果表明，制备的材料形成胶束所需的临界胶束浓度远低于单链表面活性剂，表面活性更强，增溶能力得到大幅度提升，可将纯水中的四氯乙烯浓度提高两个数量级以上。
[0026]2.聚氧乙烯链作为亲水基的其中一端贡献了双子表面活性材料的非离子特征，可以削弱或者减轻阴离子磺酸基与水中阳离子的结合，即使发生了部分的阴阳离子反应，不会与地下水中阳离子大量生成沉淀，克服了传统阴离子表面活性剂抗离子干扰能力差的缺点，能够维持在高Ca
2+
、Na
+
离子浓度下溶液的稳定性，在地下低温环境中不易析出，克拉夫特点(Krafft点)在0℃以上。
[0027]3.磺酸基的引入提供双子表面活性材料的阴离子特征，阴非型双子表面活性剂的亲水基由阴离子头磺酸基SO
32
‑
和聚氧乙烯链两部分组成，由于阴离子头的引入，导致表面活性剂和土壤表面电荷(带负电)的排斥作用增强，其吸附损失比传统非离子表面活性剂显著降低，从而改善了非离子表面活性剂在地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阴非型孪连表面活性剂，其特征在于，具有式I所示结构：式I中，m值代表碳链数，n值代表聚氧乙烯链数，m＝8～12，n＝3～15，且m和n均为整数。2.根据权利要求1所述的阴非型孪连表面活性剂，其特征在于，所述m＝9，n＝10。3.权利要求1所述阴非型孪连表面活性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将烷基酚聚氧乙烯醚、衣康酸和酸催化剂混合，进行酯化反应，得到烷基酚衣康酸双酯；所述烷基酚聚氧乙烯醚中烷基的碳原子数为8～12，聚氧乙烯链数为3～15；将所述烷基酚衣康酸双酯、亚硫酸钠和水混合，进行磺化反应，得到阴非型孪连表面活性剂。4.根据权利要求3所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦传玉，姚禹，付玉丰，张成武，耿菲，赵冬宇，张慧，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：