CN107937020B

CN107937020B - 一种脂肽的两步法高效破乳方法

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Publication number: CN107937020B
Application number: CN201711191872.0A
Authority: CN
Inventors: 龙旭伟; 马科锋; 金明杰; 朱孟婕
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Beijing Yanwei Technology Co ltd
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2020-05-12
Anticipated expiration: 2037-11-24
Also published as: CN107937020A

Abstract

本发明公开了一种脂肽的两步法高效破乳方法，该方法采用pH敏感型的绿色生物表面活性剂脂肽作为破乳剂，先通过简单的混合使其与乳液中的乳化剂协同稳定乳液，然后加酸让脂肽从油水界面析出，导致乳液失稳并实现高效破乳和油相分离。脂肽可以是枯草芽孢杆菌的去菌体发酵液，也可以是该发酵液的酸沉浓缩物，也可以是通过萃取的浓缩物或纯化的脂肽纯品。本发明提供的破乳方法能高效地实现乳液中油水分离，而且操作简单、具有环境和生物友好特性，在原油乳液破乳及污油资源化回收等方面具有良好的应用前景。

Description

一种脂肽的两步法高效破乳方法

技术领域

本发明涉及一种破乳新方法，尤其涉及基于生物表面活性剂脂肽(surfactin)的两步法破乳新方法。

背景技术

随着我国社会经济的不断发展，对石油资源的依赖也越来越大，近年来也出现了石油供需矛盾的紧张局面。因此，国家提倡工业发展过程中必须走资源节约型之路。大量产生于石油开采及加工过程中的污油(原油含量高达50％的乳液)，直接排放不仅危害环境，更严重地造成石油资源的浪费。我国年加工1000万吨原油的炼油厂，每年即可产生约10万吨的污油，如何妥善处理如此大量的污油已成为炼油企业普遍存在的难题。此外，随着石油资源日益枯竭、石油品质逐年下降，原油加工过程中污油的产生量会更大、污油的组成也更复杂多变，从而导致污油的处理难题越发严峻。借助破乳手段实现油相分离，可回收其中的油相，不仅实现废弃物的资源化，更有利于环境保护。因此，建立高效、简便、绿色环保的高效破乳技术已成为相关领域急需解决的重大难题。

常规的物理破乳方法包括重力沉降、电场破乳、超声破乳、离心、膜分离、冷冻/复温等，但大多数都效率低且能耗高。而化学破乳是当前研究最多也是使用最广泛的方法。化学破乳剂从发展伊始已历经三代，分别为脂肪酸类阴离子表面活性剂、聚氧乙烯烷基醇醚和聚醚。目前广泛使用的化学破乳剂大多为石油基聚合物，较难降解，对生态环境危害大，而且存在处理效率低，普适性差等问题。

发明内容

本发明针对现有破乳方法的不足和缺陷，提出一种脂肽的两步法高效破乳方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种脂肽的的两步法高效破乳方法，包括以下步骤：

(1)往待处理乳液中加入脂肽，脂肽与待处理乳液的质量体积比为0.1-1g/L。

(2)加入脂肽的待处理乳液通过剪切、摇晃、搅拌、旋混、超声等方式混合均匀。

(3)混合后的乳液，加入一定量的酸调节pH至2-5。

(4)加酸后的乳液，在10-50℃下静置0.5～24小时，即可实现高效的油相分离。

进一步地，所述脂肽与待处理乳液的质量体积比优选为0.4-0.6g/L。

进一步地，所述脂肽可以是经过柱层析分离的纯品也可以是包含多种脂肽混合物的发酵液、浓缩物；所述经过柱层析分离的纯品包括surfactin A、surfactin B、surfactinC、surfactin D。

进一步地，所述步骤2中，所述剪切采用高速剪切机在12000rpm下剪切5min。

进一步地，所述步骤3中，所述酸为无机酸或有机酸，所述无机酸选自盐酸、硫酸、磷酸等，所述有机酸选自乙酸、草酸等。

进一步地，所述步骤3中，优选调节pH至2-3。

本发明的有益效果是，

1、本发明的方法为两步法，即先将脂肽与乳液中存在的乳化剂协同稳定乳液(共乳化)，然后调节pH至酸性，从而实现乳液体系的高效破乳。

2、本发明采用pH敏感型的生物表面活性剂脂肽作为破乳剂，脂肽具有卓越的表/界面活性及良好的绿色环境友好特性。

3、本发明操作简单，绿色环保，不会产生次级污染；且具有破乳活性高、分离油相速度快、节省能耗等特点，可用于众多工业领域内的破乳。

附图说明

图1为脂肽乳化活性随pH的变化图。

具体实施方式

生物表面活性剂脂肽(surfactin，又称表面活性素)是一类由枯草芽孢杆菌代谢产生的生物表面活性剂，主要包含四种结构：surfactinA、surfactinB、surfactinC、surfactinD，

surfactinA、surfactinB、surfactinC、surfactinD的结构式如下：

本发明的脂肽可以是枯草芽孢杆菌的去菌体发酵液，也可以是该发酵液的酸沉浓缩物，也可以是通过萃取的浓缩物或纯化的脂肽纯品。

脂肽具有高效的表/界面活性，在搅拌、剪切或摇匀作用下，可快速地吸附于乳液的油-水界面上，并与乳液中的乳化剂协同稳定乳液。但surfactin为阴离子型生物表面活性剂，在酸性环境下(pH<5)，其溶解度会随着羧基端被质子化后而显著降低，然后迅速从乳液界面上脱附下来，从而导致乳液微粒失稳，并发生油水相分离。在操作过程中，脂肽加入量越多，越易实现共乳化。如图1所示，酸的加入量越大，破乳效率、油相回收速率及效率越高。

本发明先共乳化后破乳的新方法是基于脂肽的高效表/界面活性，以及其在酸性环境下无法溶解(或分散)的特性，不需要特殊的装置，仅通过剂量和pH调节即可实现高效的破乳及油相分离，可应用于多个工业领域内的破乳。

下面结合附图和实施例对本发明予以进一步详细说明。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种生物表面活性剂脂肽的两步法高效破乳新方法，包括以下步骤：

(1)往待处理乳液中加入一定剂量的surfactin。剂量为0.1-1g/L，根据乳液中的含水率不同而略有差别，以0.4-0.6g/L为佳；surfactin可以是经过柱层析分离的纯品(例如：surfactin A、surfactin B、surfactin C、surfactin D)，也可以是包含多种surfactin混合物的发酵液、浓缩物等；

(2)加剂后的乳液通过高速剪切、摇晃、搅拌、旋混、超声等方式混合均匀。一般而言，在实验室规模下，采用高速剪切机在12000rpm下剪切5min即可实现高效的混合；在实际工业应用时，可借助离心泵、静态混合器等实现良好的混合；

(3)混合后的乳液，加入一定量的酸调节pH至2-5。酸可以是盐酸、硫酸、磷酸等无机酸，也可是乙酸、草酸等有机酸；调节后的pH介于2-5之间，又以2-3之间更佳；

(4)加酸后的乳液，静置一段时间，即可实现高效的破乳和油相分离。加酸后的乳液，可以在10-50度环境下静置，温度越高处理效果越好；静置时间随静置温度的不同略有差异，温度越高，所需静置时间越短；室温(25度)下静置1-2h即可实现高效的油相分离。

下面根据实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。

实施例1

将煤油和水按照4:6的体积比混合，加入17.9g/L的Span 80乳化剂，借助高速剪切机，在15000rpm下高速剪切5min，制备标准的煤油-水乳液，该乳液十分稳定，在室温下静置24h，破乳率低于5％。

往上述乳液中分别加入0.2、0.4、0.6g/L的surfactin。Surfactin为枯草芽孢杆菌的发酵液(包含多种surfactin的混合物，含量为2g/L)。然后置于15000rpm下剪切1min，加入1％(v/v)的1M的H₂SO₄，室温下静置0.5h。结果表明，上述处理均可实现高效的油分离。

surfactin剂量(g/L)	油相回收率(％)
		0.2	88.6±2.0
0.4	90.5±1.6
		0.6	95.5±2.4

实施例2

往上述乳液中分别加入0.4g/L的surfactin。Surfactin为枯草芽孢杆菌的发酵液(包含多种surfactin的混合物，含量为2g/L)。然后置于15000rpm下剪切1min，加入不同量的硫酸溶液(1M的H₂SO₄)，室温下静置0.5h。结果表明，上述处理均可高效实现油的分离。

水相的pH	油相回收率(％)
		5.0	76.8±1.3
4.0	89.3±1.0
		3.0	91.2±1.5
2.0	93.5±2.7
		1.5	95.9±0.4

实施例3

往上述乳液中分别加入0.4g/L的surfactin。Surfactin分别为surfactin A、Surfactin B、surfactin C、surfactinD、枯草芽孢杆菌的发酵液(包含多种surfactin的混合物，含量为2g/L)、发酵液酸化浓缩物(含量为20％)、萃取浓缩物(含量为85％)。然后置于15000rpm下剪切1min，加入1％(v/v)的1M的H₂SO₄，室温下静置0.5h。结果表明，上述不同来源的surfactin均可高效实现油的分离。

Surfactin种类	油相回收率(％)
		Surfactin A纯品	89.2±1.9
Surfactin B纯品	91.2±1.5
		Surfactin C纯品	90.7±1.0
SurfactinD纯品	90.3±0.6
		发酵液	90.5±2.1
酸化浓缩物	90.9±0.3
		萃取浓缩物	91.6±1.1

实施例4

取来自于实际生产的3批次污油，其中的油含量在35-50％(v/v)，这些乳液均较为粘稠，异常稳定，50度下静置24h完全不发生破乳。采用surfactin发酵液处理上述乳液。具体操作为：将污油预热至50度，然后加入0.6g/L的surfactin，手摇100次使其混合均匀，再加入2％(v/v)的1M H₂SO₄，之后置于50度水浴中静置12h。结果表明：针对3批次的污油处理，均可实现高效破乳，且可分离出污油中90％以上的原油。

比较例1

往上述乳液中分别加入0.2、0.4、0.6g/L的surfactin。Surfactin为枯草芽孢杆菌的发酵液(包含多种surfactin的混合物，含量为2g/L)。然后置于15000rpm下剪切1min室温下静置24h。结果表明，上述处理无法实现油相的分离。可见，单独的脂肽一步法处理是难以法实现乳液的高效破乳。

surfactin剂量(g/L)	油相回收率(％)
		0.2	21.6±3.2
0.4	18.3±1.4
		0.6	15.2±0.8

比较例2

取来自于实际生产的3批次污油，其中的油含量在35-50％(v/v)，这些乳液均较为粘稠，异常稳定，50度下静置24h完全不发生破乳。采用不同类型的聚醚化学破乳剂处理上述乳液。具体操作为：将污油预热至50度，然后加入0.6g/L的破乳剂，手摇100次使其混合均匀，之后置于50度水浴中静置24h。结果表明，上述聚醚类破乳剂均无法实现污油的高效破乳处理。

聚醚破乳剂种类	油相回收率(％)
		PR-04	6.4±0.5
PR-10	12.3±1.3
		PR-18	22.1±2.8
PR-31	23.9±3.6

以上所述，仅为本发明专利的较佳示例而已，并非用于限定本发明专利的保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变化形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种脂肽的两步法高效破乳方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)往待处理乳液中加入脂肽，脂肽与待处理乳液的质量体积比为0.1-1g/L；

(2)加入脂肽的待处理乳液通过剪切、摇晃、搅拌、旋混或超声的方式混合均匀；

(3)混合后的乳液，加入酸，调节pH至2-5；

(4)加酸后的乳液，在10-50℃下静置0.5～24小时，即可实现高效的油相分离；

所述脂肽是一类由枯草芽孢杆菌代谢产生的生物表面活性剂。

2.根据权利要求1所述脂肽的两步法高效破乳方法，其特征在于，所述脂肽与待处理乳液的质量体积比为0.4-0.6g/L。

3.根据权利要求1所述脂肽的两步法高效破乳方法，其特征在于，所述脂肽是经过柱层析分离的纯品，或包含多种脂肽混合物的发酵液、浓缩物；所述经过柱层析分离的纯品包括surfactin A、surfactin B、surfactin C、surfactin D，结构式如下：

4.根据权利要求1所述脂肽的两步法高效破乳方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述剪切采用高速剪切机在12000rpm下剪切5min。

5.根据权利要求1所述脂肽的两步法高效破乳方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述酸为无机酸或有机酸，所述无机酸选自盐酸、硫酸、磷酸，所述有机酸选自乙酸、草酸。

6.根据权利要求1所述脂肽的两步法高效破乳方法，其特征在于，所述步骤(3)中，调节pH至2-3。