通讯单位：山东大学
亮点
- 水热处理显著增强了原油与矿物固体间的相互作用。
- 十二烷基苯磺酸（DBSA）辅助正庚烷脱沥青质，有效削弱了沥青质与矿物固体间的相互作用。
- DBSA不仅能分散沥青质，还能促进油泥颗粒的分散，进而加速油泥的脱沥青质过程。
- 常规水洗法处理后的脱沥青质油泥，残油含量低于34%。
研究进展
工业生产中常涉及油-水-固分离，如衣物清洗、材料合成、油砂提取等。石油生产、运输和储存过程中产生的含油污泥（简称油泥），因其复杂的成分和潜在的危害性，一直备受关注。尽管研究者已探索出多种处理方法，但脱水问题仍是关键。水热处理作为一种非挥发性的脱水方法，在低阶煤、油砂和油泥的处理中显示出广阔的应用前景。该技术通过在密封的高压釜反应器中加热油泥，引发一系列化学反应，从而破坏油泥的乳化和絮凝结构，提升脱水性能。然而，处理后的水热油泥或水热焦残油量仍需进一步处理才能达到国家排放标准。
作者在先前的研究中（详见（Xue et al., 2022, 304, 135278））发现，十二烷基苯磺酸（DBSA）在适宜的浓度范围内能显著促进油泥的溶剂脱沥青质过程。通过巧妙运用溶剂和分散剂，作者成功地调控了沥青质在油泥体系中的胶体分散稳定性。这一发现基于液相中无机矿物与沥青质颗粒在密度和粒度上的差异，使得沥青质能够从油泥中有效分离，进而提升了油泥在350℃下的热脱附效率（见图1）。尽管如此，DBSA促进油泥脱沥青质的深层机制仍有待进一步揭示，同时热处理的高能耗也是一个不容忽视的问题。相较之下，表面活性剂增强油泥清洗技术以其简便的操作方式和50~70℃的适宜温度范围，在去除矿物表面原油方面表现出色，因此非常适合大规模工业化处理含油废弃物。
图1展示了油泥低温热脱附的基本原理
在最新研究中，作者观察到，尽管水热处理能够脱水并减小油泥体积，但由此产生的水热油泥（HOS）的清洗难度相较于初始油泥（IOS）显著增加（见图2）。
通过分析水、油和固相的变化，我们发现水热处理确实降低了油泥中的水分含量，但同时也导致了胶质和沥青质含量的增加。这一过程中，缩合、侧链断裂和氧化反应的发生，使得油泥出现焦化、团聚，以及含氧基团含量的上升。X射线光电子能谱进一步证实，这些变化强化了油固之间的相互作用。值得注意的是，水热油泥的固相主要成分为方解石，这种成分与含氧基团结合，形成了钙桥结构。此外，水热处理还使得固体颗粒尺寸减小，从而增加了油固之间的接触面积。在清洗过程中，脱沥青质环节是一个关键步骤。分散剂DBSA的应用不仅能够有效分散沥青质，还能促进油泥颗粒的分散，进而加速脱沥青质过程，提升清洗效率。经过清洗，HOS中的残油量已降低至34%以下，完全符合国家排放标准（图3）。
图3 本研究的图文摘要
本研究提出了一种创新的处理含油油泥的方法，该方法结合了DBSA辅助正庚烷脱沥青质技术与传统清洗工艺。通过阐明水热处理对含油污泥中油固分离的影响，该方法同样适用于处理风化或老化油泥砂。此外，该研究为提高稠油热采后的采收率提供了宝贵的指导。近日，这一重要研究成果已发表在国际环境权威杂志Journal of Hazardous Materials上，论文的作者包括山东大学孙德军教授团队的李崎博士，他担任该论文的第一兼通讯作者。该研究还得到了国家自然基金重点项目和中国石油天然气股份有限公司大港油田博士后工作站的支持。
李崎博士，一位中级工程师，同时是中国化学会和中国化工学会的会员。他在山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室完成了学业，现于中国石油大港油田分公司及天津市三次采油与油田化学企业重点实验室进行博士后研究。他的学术成果已在J Hazard Mater、Ind & Eng Chem Res、Chemosphere等知名杂志上发表8篇论文，并成功申请了9件发明专利，其中5件已获得授权。李崎博士还主持或参与了多个前沿课题，包括国家自然科学基金重点项目、中石油重大专项以及企业博士后项目等，共计10项。他曾荣获“全国创新创业优秀博士后”、“山东省优秀毕业生”以及“河南省优秀学生干部”等多项荣誉称号。他的主要研究方向集中在表面活性剂、驱油剂和乳液乳化等胶体化学领域，致力于探索这些技术在页岩油开发、稠油降黏以及油泥砂处理等复杂体系中的应用。
孙德军，博士，现为山东大学化学与化工学院教授，兼任博士生导师。他担任胶体与界面化学教育部重点实验室副主任、山东大学化妆品技术研究中心主任，同时还是COSL-SDU油田胶体化学联合实验室的校方负责人。孙教授在Chem. Mater、Journal of Colloid and Interface Science、Langmuir、Colloids and Surfaces A等知名杂志上发表论文100余篇，总引用次数高达7147次，H因子为48。他主持或参与了众多国家级和省部级课题，包括国家863计划、国家自然科学基金面上项目和重点项目，以及中核集团、中石油、中石化、中海油服、延长油田等的横向课题。孙教授已成功申请并授权了50余件发明专利。他的研究领域广泛，包括体相与界面无机纳米粒子的自组装、表面活性剂与纳米粒子协同稳定的乳液，以及油田胶体化学等。他的研究成果在国内外享有广泛认可，为相关领域的发展做出了重要贡献。
Qi Li, Yang Cao, Xianzhen Shao, Zhenghe Xu, Zengzi Wang, Yuesheng Li, Yancai Qin, Dejun Sun. Sulfonic-Acid-Based Pseudogemini Surfactant Stabilized Emulsions in Acidic Environments: Removal of Organic-Inorganic Hybrid Blockage. Journal of Molecular Liquids, 2023, 391, 12https://doi.org/1016/j.molliq.20123 Qi Li, Xiaodong Wang, Qiuye Li, Jianjun Yang, Zhijun Zhang. A new amphiphilic polymer with emulsifying capability for extra heavy crude oil. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2018, 57, 17013-17https://doi.org/1021/acs.iecr.8b04537
