CN111892117A - 一种用于地下环境中氯代烃污染物增溶的微乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于地下环境中氯代烃污染物增溶的微乳液及其制备方法。该微乳液由质量比为1:1的油相和水相组成，其中水相按质量百分比计，包括如下组分：非离子表面活性剂Tween 80 10％～16％、助表面活性剂异丙醇10％～24％、氯化钠8％～12％，其余组分为超纯水，油相为PCE。其制备方法是将表面活性剂、助表面活性剂和无机盐充分溶解于水中获得水相，之后将PCE加入混合均匀的水相中，轻微震荡后静置得到微乳液。本发明的微乳液体系热力学稳定性好、微乳液与油相界面张力低，对氯代烃有良好的增溶效果，增溶效果较清水可提高1900倍；可用于含水层中冲洗残余态氯代烃污染物，应用广泛。

Description

一种用于地下环境中氯代烃污染物增溶的微乳液及其制备 方法

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种对地下环境中氯代烃污染物有增溶能力的微乳液及其制备方法。

背景技术

地下水作为一种不可或缺的环境要素，在人类生活中始终起着重要作用。随着化工行业的快速发展，氯代烃作为一种脱脂剂、清洗剂以及化工合成中的常用原料被广泛应用，在地下水中检出率极高。大多数氯代烃如四氯乙烯(PCE)，其密度大于水，属于重质非水相液体(DNAPLs)，在水中的溶解度较低，毒性大且不容易被降解。由于DNAPLs的密度大于水，污染发生时，会在重力作用下一直向下迁移，同时其具有疏水性，在向下迁移的过程中会被截留在含水层介质中，以残余相的形式存在。

修复受DNAPLs污染的含水层常用的技术包括抽出-处理技术(P&T)和多相抽提技术 (MPE)，随着抽出的污染污染物的增多，被污染含水层的范围会逐渐减小，污染程度减轻。然而，由于DNAPLs的水溶性较低且与水之间的界面张力较高，在抽取一段时间后常出现“拖尾”和“反弹”的现象。

场地修复中常在抽取后期加入表面活性剂，利用表面活性剂对疏水氯代烃的增溶作用来提高抽取效率。但表面活性剂的增溶效果有限，多数对氯代烃的增溶能力较清水增溶可提高一个数量级，而微乳液对疏水性有机物有很好的增溶效果，并且具有超低的界面张力、超强的乳化能力和良好的表面润湿能力。因此，在场地中使用抽出-处理技术后针对地下含水层中残余态氯代烃污染物可以使用微乳液冲洗技术。

微乳液是由表面活性剂、水、油、助表面活性剂等组分，在一定比例下，形成的透明或半透明、热力学稳定、光学各向同性的体系。Shinoda和Friberg认为微乳液是溶胀的胶团，当水溶液中表面活性剂浓度大于临界胶束浓度后，会形成胶束，此时加入一定量的油(或加入一定量油和助表面活性剂的混合液)，油会进入胶束内部被增溶，随着进入胶束中油量的增加，胶束溶胀形成微乳液，故称微乳液为胶团乳状液。溶胀的胶束可为疏水氯代烃提供更大的存储空间，从而提高其在水中的溶解度，形成“超级增溶”。微乳液“超级增溶”是胶束增溶概念的延伸，这些溶胀的胶束增溶能力比普通胶束的增溶能力高一个数量级，较清水增溶可提高两至三个数量级。

传统上微乳液多用于石油化工、生物医药领域，近些年在环境保护领域才有所发展，主要用于土壤等地下环境中洗涤、增溶各种难水溶性污染物。目前，所用微乳液多是用正辛烷、正己烷等轻质有机溶剂作为油相配制而成后再增溶难水溶性污染物，且增溶能力较清水增溶通常可提高为两个数量级。

发明内容

本发明提供了一种以污染物氯代烃为油相，用于氯代烃污染物超级增溶的微乳液，还提供了一种微乳液的制备方法，以克服现有微乳液增溶效果差，且无法避免轻质有机溶剂使用的缺点，本发明微乳液增溶效果显著，可以有效的提高氯代烃在水中的溶解度，并且使用的油相是待治理的氯化烃，实现了污染物的资源利用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：

一种用于地下环境中氯代烃污染物增溶的微乳液，由油相和水相组成，其中水相按质量百分比计，包括如下组分：非离子表面活性剂8％～16％、助表面活性剂8％～24％、无机盐 8％～12％，其余组分为超纯水；所述油相和超纯水的质量比为：1:1；

所述油相为四氯乙烯；所述非离子表面活性剂为Tween 80；所述助表面活性剂为可生物降解的异丙醇(IPA)；所述无机盐为氯化钠。

更进一步地，所述Tween 80为12％，异丙醇为12％，氯化钠为12％。

更进一步地，所述Tween 80为14％，异丙醇12％，氯化钠8％。

上述用于地下环境中氯代烃污染物增溶的微乳液的制备方法，包括以下步骤：

A、根据微乳液中各组分的质量百分比，称取8％～16％的Tween 80、8％～24％的异丙醇、 8％～12％的氯化钠，溶解于超纯水中，混合均匀，获得水相；

B、向获得的水相中加入与步骤A所得水相的质量比为1:1的四氯乙烯，混合均匀后静置10h，得到微乳液。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明形成的微乳液成分简单易得、成本低、可生物降解，操作安全简单；

2、本发明形成微乳液所用油为污染场地中待治理的氯化烃，实现了污染物的资源利用；

3、本发明形成微乳液有较好的热力学稳定性，放置95天外观无明显变化，即无明显分层和沉降现象。

4、本发明形成微乳液对疏水氯化烃有良好的增溶效果，增溶效果较清水提高1900倍；

5、本发明形成的微乳液可用于含水层中冲洗残余态氯代烃污染物，应用广泛；

6、本发明提供了一种微乳液的制备方法，通过合理控制该微乳液中各组分的用量，使最终制备的微乳液性质优良，外观为透明或半透明液体。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明实施例2中第10组形成的微乳液中微乳粒径；

图2a为实施例5中微乳液静置前外观示意图；

图2b为实施例5中微乳液静置95天后外观示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。

实施例1

一种用于地下环境中氯代烃污染物增溶的微乳液，由油相与水相组成，油相为四氯乙烯。按质量百分比计，该水相包括如下组分：非离子表面活性剂Tween 80(8％～16％)、助表面活性剂异丙醇(8％～24％)、氯化钠(8％～12％)，其余组分为超纯水；所述油相和超纯水的质量比为：1:1。

该用于地下环境中氯代烃污染物超级增溶的微乳液按如下方法制备：

A、根据微乳液中各组分的质量百分比，称取Tween 80、异丙醇、氯化钠，溶解于超纯水中，混合均匀，获得水相；

B、向PCE中加入步骤A中获得的水相，轻微震荡混合均匀后静置10h，得到微乳液。

实施例2

测试实施例1中微乳液对四氯乙烯的增溶能力。取10μL实施例1中配置的微乳液，使用Agilent 1100高效液相色谱仪测定样品中四氯乙烯浓度。计算微乳液较清水对四氯乙烯增溶提高的增溶倍数。结果如表1所示，多组配方形成的微乳液对四氯乙烯的增溶量均可达到清水溶解PCE的10³倍，其中第10、17组配比可达到1900多倍。

表1 Tween80微乳静态增溶正交实验结果

实施例3

测定实施例2中第10组(Tween 80：异丙醇：氯化钠＝14％：12％：8％)形成的微乳液中微乳粒径。

将样品用0.45微米膜过滤后，置于比色皿中，利用纳米粒度与Zeta电位仪测定微乳的粒径、粒径分散系数(PDI)，测试温度为25℃。测试结果如图1所示，由图1可知，实施例2中第10组(Tween 80：异丙醇：氯化钠＝14％：12％：8％)微乳液平均粒径为42.84±0.94nm，PDI为0.328±0.044，表明该乳液中微乳粒径分布均匀、分散性良好。

实施例4

测定实施例2中第10组(Tween 80：异丙醇：氯化钠＝14％：12％：8％)形成的微乳液与PCE相间的界面张力。

用旋转滴界面张力仪测定微乳液与PCE相间的界面张力，测定界面张力为0.032mN/m。

实施例5

测定实施例2中第10组(Tween 80：异丙醇：氯化钠＝14％：12％：8％)形成的微乳液的热力学稳定性。考虑地下环境温度，将微乳液分别置于10℃和25℃环境中，观察体系的分层及均匀透明情况。发现静置95天后，体系未发生分层，仍为均匀透明液体，无明显变化。说明该微乳液热力学稳定性较好。

经实验发现，微乳液由以下浓度的组分组成：所述Tween 80为12％，异丙醇为12％，氯化钠为12％或所述Tween 80为14％，异丙醇12％，氯化钠8％时，微乳液性质稳定，对疏水氯化烃有良好的增溶效果，增溶效果较清水最高可提高1900倍。

Claims (4)

1.一种用于地下环境中氯代烃污染物增溶的微乳液，其特征在于：由质量比为1:1的油相和水相组成，其中水相按质量百分比计，包括如下组分：非离子表面活性剂8％～16％、助表面活性剂8％～24％、无机盐8％～12％，其余组分为超纯水；所述油相和超纯水的质量比为：1:1；

所述油相为四氯乙烯；所述非离子表面活性剂为Tween 80；所述助表面活性剂为可生物降解的异丙醇；所述无机盐为氯化钠。

2.根据权利要求1所述的一种用于地下环境中氯代烃污染物增溶微乳液，其特征在于：所述Tween 80为12％，异丙醇为12％，氯化钠为12％。

3.根据权利要求1所述的一种用于地下环境中氯代烃污染物增溶微乳液，其特征在于：所述Tween 80为14％，异丙醇12％，氯化钠8％。

4.根据权利要求1所述的一种用于地下环境中氯代烃污染物增溶微乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、根据微乳液中各组分的质量百分比，称取8％～16％的Tween 80、8％～24％的异丙醇、8％～12％的氯化钠，溶解于超纯水中，混合均匀，获得水相；

B、向获得的水相中加入与步骤A所得水相的质量比为1:1的四氯乙烯，混合均匀后静置10h，得到微乳液。

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