氧化类识别污染水井中LNAPL相厚度的膏体及应用

技术领域

本发明涉及地下水污染识别与修复技术领域，更具体的涉及氧化类识别污染水井中LNAPL相厚度的膏体及应用。

背景技术

随着石油化工行业的增加，大量以轻非水相液体(LightNon-aqueousPhaseLiquid，LNAPL)形式存在的有机产品，在贮存及使用过程中发生泄露，导致地下水污染。一般情况下，LNAPL密度比水小，且难溶于水，泄露后在重力与毛细压力作用下运移。常见的LNAPL有汽油、煤油、柴油等轻质油。LNAPL进入地下环境，会随着地下水的流动进行运移，从而扩大污染范围扩大，产生危害。而污染水井的建设可以探究地下水的埋深以及LNAPL相的厚度，有利于掌握地下水污染状况，为地下水污染修复和地下水污染样品的采集提供帮助。但是在实际的工程项目中，地下水位和LNAPL相的深度往往是未知的，需进行反复测量才能判断它们大致处于哪个位置。试油试水膏与水位计的结合则能很好的解决这一繁琐的问题。

试油试水膏遇到非水相液体和明水可以分别呈现出明显不同的颜色变化，可用于检测明水或油类物质的存在。市售产品多为单一型试油膏、单一型试水膏。在石油化工行业中，常将其与测量尺一起使用，用于测量油罐中油品和底水的液位高度，计算油的实际体积。但在实际测量过程中，某些轻质燃料油挥发很快，在测量尺上容易受毛细作用影响而产生“爬行现象”，导致测量数据存在误差，需要将试油膏、试水膏交替使用才能完成测量工作。将试油膏和试水膏分开使用，操作繁琐，耗时较久，且测量误差较大。因此，研究人员提供了复合型试油试水膏，可以缩短测量时间，同时为测量工作带来了便利性。

现有报道的两用型试油试水膏尽管可以实现遇水遇油时分别在同一膏体上显示不同颜色，但其选用的水相显色剂的变色原理是发生酸碱反应。如果测量的水体本身就具有一定的酸碱性，这样在很大程度上就影响了试水膏的灵敏度。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了氧化类识别污染水井中LNAPL相厚度的膏体及应用，本发明通过氧化还原的原理使试水膏变色，不受液相本身的性质及周围环境的影响，适用于地下水污染水井中。

本发明的第一个目的是提供氧化类识别污染水井中LNAPL相厚度的膏体，由以下重量份的组分组成：25-32份亲水基质、35.2-45.3份亲油基质、2-4份1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚、3-5份纳米二氧化钛、1.4-2份白炭黑、2-8份膨润土、6-10份二苯胺磺酸钠、10-15份氧化剂。

优选的，亲水基质为聚乙二醇4000。

优选的，亲油基质由以下重量份的组分组成：20-25.3份液体石蜡，15-20份石油脂。

优选的，氧化剂为三氯异氰尿酸或次氯酸钠。

优选的，纳米二氧化钛粒径为15-50nm。

优选的，由以下重量份的组分组成：32份亲水基质、37.1份亲油基质、2.7份1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚、3.1份纳米二氧化钛、1.4份白炭黑、2.1份膨润土、6.6份二苯胺磺酸钠、15份氧化剂。

优选的，亲油基质由以下重量份的组分组成：22.1份液体石蜡，15份石油脂。

优选的，氧化类识别污染水井中LNAPL相厚度的膏体按照以下步骤进行：

步骤1、按以下重量份称取各组分：25-32份亲水基质、35.2-45.3份亲油基质、2-4份1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚、3-5份二氧化钛、1.4-2份白炭黑、2-8份膨润土、6-10份二苯胺磺酸钠、10-15份氧化剂；

步骤2、在室温下，先将亲水基质、液体石蜡、膨润土、二苯胺磺酸钠、氧化剂混合均匀得到混合组分1，再将石油脂、1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚、白炭黑混合均匀后加入二氧化钛，得到混合组分2，将混合组分1和混合组分2搅拌均匀得到识别LNAPL污染相厚度的膏体。

本发明的第二个目的是提供上述氧化类识别污染水井中LNAPL相厚度的膏体在识别地下水污染水井中的LNAPL污染相厚度中的应用。

优选的，测试方法为：将所述识别LANPL污染相厚度的膏体涂抹在带有水位仪的测量尺上，垂直放入后，测试尺先后进入非水相液体和水相中，水位仪碰到水相后发出轰鸣声，即可将测量尺收回，完成测量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明以二苯胺磺酸钠作为水相的显色剂，二苯胺磺酸钠为白色结晶性粉末，溶于水，可用作氧化还原指示剂，氧化型为红紫色，还原型为无色。在本发明中，以聚乙二醇4000为水相膏体基质，根据二苯胺磺酸钠的物化性质，其在氧化环境中呈红紫色。本发明的氧化环境由氧化剂提供，如次氯酸钠、三氯异氰尿酸等，试水膏进入水相时，可以看出空气/油相与水相之间明显的红紫色分界线。

本发明使用1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚作为油相显色剂。1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚不溶于水，易溶于汽油、有机溶剂等。1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚为橙红色粉末，将1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚与石油脂、白炭黑混合，膏体呈橙红色。向其中加入纳米二氧化钛粉末，膏体从橙红色变为浅黄色，这是由于纳米二氧化钛有较强的遮盖力。将试油膏伸入油相中，1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚本身的橙色显现出来，由此可以看出空气/水相与油相之间明显的橙色分界线。

(2)本发明采用的是氧化还原的原理使试水膏变色，不受液相本身的性质及周围环境的影响，应用范围更加广泛，尤其适用于地下水污染水井中。将本发明制备的氧化类识别污染水井中LNAPL相厚度的膏体涂抹到带有水位仪的测量尺上，垂直放入地下水污染水井。测量尺先后进入非水相液体和水相中，水位仪碰到水相后发出轰鸣声，即刻将测量尺提起收回，完成测量工作。此时测量尺上出现两种不同颜色，表明非水相液体和水相各自的液位高度。在工程测量中，非水相液体的厚度无法估量，本发明与水位计结合，缩短了测量时的探索时间，提高了测量效率。

(3)相比于现有技术中使用的油相显色剂苏丹红具有致突变性和致癌性，属于致癌型化学染料，本发明使用的1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚安全性好。

同时避免了现有技术中采用的酚酞/百里酚酞与碱性物质混合后容易受空气中的水分及二氧化碳的影响，在未遇到水时就已变色，稳定性较差的问题。并且解决了现有技术中的所用试水膏容易被油类物质所包裹，导致灵敏性低，不利于判断明水物质的存在的问题。

附图说明

图1为为苏丹I遇油后的显色效果；

图2为实施例1制备的氧化类识别污染水井中LNAPL相厚度的膏体测试后的显色效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料如无特殊说明，均可从商业途径获。本发明所用膨润土为钠基膨润土，所用纳米二氧化钛的粒径为15-50nm。

实施例1

氧化类识别污染水井中LNAPL相厚度的膏体由以下重量份的组分组成：32份聚乙二醇4000、22.1份液体石蜡、15份石油脂、2.7份1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚、3.1份纳米二氧化钛、1.4份白炭黑、2.1份膨润土、6.6份二苯胺磺酸钠、15份三氯异氰尿酸。

在室温下，先将聚乙二醇4000、液体石蜡、膨润土、二苯胺磺酸钠、三氯异氰尿酸混合均匀得到混合组分1，再将石油脂、1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚、白炭黑混合均匀后加入二氧化钛，得到混合组分2，将混合组分1和混合组分2搅拌均匀得到氧化类识别污染水井中LNAPL相厚度的膏体。

实施例2

氧化类识别污染水井中LNAPL相厚度的膏体由以下重量份的组分组成：25份聚乙二醇4000、25.3份液体石蜡、20份石油脂、2份1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚、5份纳米二氧化钛、1.7份白炭黑、2份膨润土、7份二苯胺磺酸钠、12份三氯异氰尿酸。

在室温下，先将聚乙二醇4000、液体石蜡、膨润土、二苯胺磺酸钠、三氯异氰尿酸混合均匀得到混合组分1，再将石油脂、1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚、白炭黑混合均匀后加入二氧化钛，得到混合组分2，将混合组分1和混合组分2搅拌均匀得到氧化类识别污染水井中LNAPL相厚度的膏体。

实施例3

氧化类识别污染水井中LNAPL相厚度的膏体由以下重量份的组分组成：27份聚乙二醇4000、22.5份液体石蜡、17份石油脂、3.5份1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚、4份纳米二氧化钛、2份白炭黑、8份膨润土、6份二苯胺磺酸钠、10份三氯异氰尿酸。

在室温下，先将聚乙二醇4000、液体石蜡、膨润土、二苯胺磺酸钠、三氯异氰尿酸混合均匀得到混合组分1，再将石油脂、1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚、白炭黑混合均匀后加入二氧化钛，得到混合组分2，将混合组分1和混合组分2搅拌均匀得到氧化类识别污染水井中LNAPL相厚度的膏体。

实施例4

氧化类识别污染水井中LNAPL相厚度的膏体由以下重量份的组分组成：28份聚乙二醇4000、20份液体石蜡、15.2份石油脂、4份1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚、3份纳米二氧化钛、1.8份白炭黑、5份膨润土、10份二苯胺磺酸钠、13份次氯酸钠。

在室温下，先将聚乙二醇4000、液体石蜡、膨润土、二苯胺磺酸钠、次氯酸钠混合均匀得到混合组分1，再将石油脂、1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚、白炭黑混合均匀后加入二氧化钛，得到混合组分2，将混合组分1和混合组分2搅拌均匀得到氧化类识别污染水井中LNAPL相厚度的膏体。

另外，本发明将4份苏丹I、23份石油脂和1.8份白炭黑混合后和油接触后直接显现的颜色如图1(左)所示，另外，将4份苏丹I、23份石油脂、1.8份白炭黑、3份二氧化钛遮盖后遇油显现的颜色如图1(右)，观察发现，苏丹Ⅰ和油接触后直接显现的颜色与添加二氧化钛遮盖后遇油显现的颜色差距较小，没有明显的颜色变化，因此不适用于试油膏的制备。

将实施例1制备的氧化类识别污染水井中LNAPL相厚度的膏体在水位仪的测试尺部分涂抹均匀，然后将其探入有石油泄漏的地下水污染水井中，直至水位仪发出轰鸣声后将其提起。浸入油相中的浅黄色膏体变为橙黄色，水相中的膏体由浅黄色变为红褐色，将测试尺取出，可见在膏体上自上而下存在浅黄色/橙色和橙色/红褐色两道清晰平滑、无偏移的颜色界线，分别准确标明了空气层/LNAPL层和LNAPL层/水层界限的位置，如图2所示。在水位计上读取油相的数据，即为LNAPL相污染物的厚度。表明非水相液体和水相各自的液位高度。在工程测量中，非水相液体的厚度无法估量，本发明与水位计结合，缩短了测量时的探索时间，提高了测量效率。

本发明制备的氧化类识别污染水井中LNAPL相厚度的膏体采用氧化还原的原料使得膏体变色，可以避免因液体及周围环境的影响，提高了膏体的灵敏性。空气/油相/水相呈明显的分界线，结合水位计则可以读取LNAPL相污染物的厚度。

另外，本发明以石油脂和聚乙二醇作为膏体基质，具有良好的亲油亲水性。聚乙二醇具有易溶于水及有机溶剂、较高的相变焓值、储热密度高、无毒、无腐蚀性、性能稳定等特点，为亲水基质；石油脂为亲油基质，不溶于水，但易溶于汽油等。这一性质使膏体进入油相时，油相显色剂可以更好的显示出其本身的颜色。这两者组成的膏体在水相和油相中具有一定的油溶性和水溶性，在完全溶解前能够在液相中稳定存在一段时间。

本发明使用液体石蜡作为膏体水相的混合剂，液体石蜡为无色半透明状液体，可与多数非挥发性油混溶，不溶于水。不会对水相基质产生影响，还能将水相的固体混合成膏体。

为了提高试油试水膏的稳定性和显色度，本发明加入白炭黑和有机膨润土。白炭黑不溶于水，比表面积大，表面吸附力强，化学纯度高，分散性能好，有优越的稳定性、增稠性，可以使染料的亮度、色调和饱和度等指标出现一定程度的提高。有机膨润土在各类有机溶剂、油类、液体树脂中能形成凝胶，具有良好的增稠性。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。