Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sanieren eines Bodens, der
mit einer oder mehreren hydrophoben organischen Chemikalien verunreinigt ist, das
ein In-Kontakt-Bringen des verunreinigten Bodens mit einer wässrigen Zusammensetzung
umfasst, die ein Tensid umfasst, das durch Umsetzen eines Salzes einer Acrylamidoalkansulfonsäure
mit einem Amin hergestellt wird.
Hintergrund der Erfindung
Bodenverunreinigung ist ein großes Problem, das in der sehr nahen
Zukunft angegangen werden muss. Grenzenlose und gedankenlos unkontrollierte Deponien
von festen, flüssigen und gasförmigen Schadstoffen finden ihren Weg in den Boden
und können dort für Jahre verbleiben. Polycyclische Kohlenwasserstoffe weisen toxische,
mutagene und karzinogene Eigenschaften auf. Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel wurden
nachlässig in den Boden über Jahre eingeleitet und verbleiben dort in problematischer
Weise, wobei sie nirgendwo anders hingehen können.
Gegenwärtig weit verbreitete Bodenschadstoffe sind als organische
Verunreinigungen bekannt, die organische Verbindungen wie Alkane mit niedrigem Molekulargewicht,
Alkohole, Amine, Amide, Säuren, Sulfite, Dioxine, Ethylbenzole und PCBs sind. Eine
Bodendekontaminierung dieser Verbindungen als auch anderer Schadstoffe wurde zu
einem begrenzten Ausmaß durch Lösungsmittelextraktion, Koagulation, Hochdruckreinigung,
Extraktion mit superkritischer Flüssigkeit, thermischen Desorptionen, Bodendampfextraktion,
Veraschung und mikrobieller Oxidation erreicht. Physikalische Mittel umfassen ein
Pumpen des Grundbodens mit Wasser, gefolgt von einem Luftabstreifen des Bodens,
um die flüchtigen Kohlenwasserstoffe zu entfernen, Vakuumextraktion und Stellenaushübe,
gefolgt von einer Veraschung des verunreinigten Bodens.
Die EP-A-0 909 593 betrifft eine Tensid-unterstützte Bodensanierung
unter Verwendung eines Tensids, das das Reaktionsprodukt eines Hydrocarbyl-substituierten
Bernsteinsäureanhydrids oder eines reaktiven Äquivalents davon mit mindestens einem
wasserdispergierbaren Amin-terminierten Poly(oxyalkylen) ist.
Die GB-A-1,550,420 betrifft Aminodi- und -polyalkylamidoalkansulfonsäuren
und Salze, die durch eine basenkatalysierte Additionsreaktion eines Mols eines primären
Amins der Formel R6-NH2 an mindestens zwei Mole eines Alkenylamidoalkansulfonsäuresalzes
hergestellt werden können.
Die GB-A-1,329,565 betrifft 2-(&bgr;-Aminopropionamido)alkansulfonsäuresalze
und deren Herstellung und deren Verwendung als anionische Synthesekomponente bei
der Herstellung von emulgatorfreien Polyurethan-Dispersionen.
Die US-PS 3,544,597 betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Niederalkyl-
und olefinischen Amidosulfonsäuren aus einem Nitril, einem Olefin und rauchender
Schwefelsäure.
Die US-PS 5,453,133 (Sparks et al., 26. September 1995) betrifft ein
Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen aus einem Boden. Das Verfahren beinhaltet
ein In-Kontakt-Bringen des verunreinigten Bodens mit einem für die Verunreinigung
geeigneten Lösungsmittel in Gegenwart einer verbrückenden Flüssigkeit, die mit dem
Lösungsmittel nicht mischbar ist, während geschüttelt wird. Die Menge der verbrückenden
Flüssigkeit und der Schüttelgrad werden ausgeglichen, um das Verfahren zu steuern.
Die US-PS 5,611,642 (Wilson, 18. März 1997) stellt ein Verfahren und
eine Vorrichtung für eine in situ-Behandlung eines Bodens und von Grundwasser bereit,
die mit organischen Schadstoffen verunreinigt sind. Das Verfahren beinhaltet ein
Definieren der Art und des Ausmaßes der Verunreinigung, ein Bestimmen der Hydrologie
und Geologie des verunreinigten Bereichs, ein Bestimmen des Volumens und der Konzentration
einer reaktiven Lösung, die zum Bewirken einer Behandlung des verunreinigten Bereichs
erforderlich ist, ein Injizieren der reaktiven Lösung in einen oder mehrere Injektoren,
die in den Grund eingebracht, abgedichtet und so positioniert sind, dass sie einen
Fluss der reaktiven Lösung durch den verunreinigten Bereich gewährleisten, ein Ermöglichen,
dass die reaktive Lösung durch den verunreinigten Bereich fließt, wodurch sie sich
chemisch mit den in dem verunreinigten Bereich enthaltenen Verunreinigungen umsetzt,
und ein Bestimmen, wenn die Behandlung abgeschlossen ist, durch Überwachen von Nebenprodukten
der chemischen Reaktion. Vorzugsweise ist die reaktive Lösung eine wässrige Lösung
von Wasserstoffperoxid und Metallsalzen.
Die US-PS 5,634,983 (Kammeraad, 3. Juni 1997) betrifft ein Verfahren
für eine Bodensanierung, in dem eine Einkapselungslösung mit einer Bodenmatrix,
die chemische Verunreinigungen wie polynukleäre aromatische chlorierte Kohlenwasserstoffe
und dergleichen enthält, in einer Menge in Kontakt gebracht wird, die ausreicht,
um ein gesättigtes Gemisch der Bodenmatrix und der Einkapselungslösung zu bilden,
wobei die Einkapselungslösung fähig ist, vorzugsweise die in der Bodenmatrix enthaltenen
chemischen Verunreinigungen anzuziehen, und eine wirksame Menge eines nicht ionischen
Tensidmaterials, ein anionisches Tensidmaterial und Wasser enthält, und das Gemisch
für eine Zeitspanne gemischt wird, die ausreicht, zu erlauben, dass die chemischen
Verunreinigungen vorzugsweise aus einem Kontakt mit der Bodenmatrix zu einer Assoziierung
mit der Einkapselungslösung dissoziieren und mindestens eine Kohlenstoffbindung
in der chemischen Verunreinigung als ein Ergebnis der Wechselwirkung zwischen dem
nicht ionischen Tensidmaterial und der Verunreinigung gebrochen wird. Sobald dies
auftritt, kann ein Hauptanteil der Einkapselungslösung mit den assoziierten chemischen
Verunreinigungen aus einem Kontakt mit der Bodenmatrix entfernt werden.
Die US-PS 5,725,470 (Lazarowitz et al., 10. März 1998) beschreibt
ein Verfahren für die Sanierung eines Bodens, der flüchtige organische Verbindungen
enthält, das die Schritte umfasst: (1) Ausbilden eines Emulgators, der (a) etwa
70 bis etwa 99 Gew.-% eines Zuckertensids, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
einem Alkylpolyglykosid, einem Glucamid und Gemischen davon, und (b) etwa 1 bis
etwa 30 Gew.-% eines nicht ionischen Tensids, das von dem Zuckertensid verschieden
ist und, wenn es mit dem Zuckertensid vereinigt wird, ein Hydrophile-Liphophile-Gleichgewicht
von etwa 8,0 bis etwa 13,0 bereitstellt, umfasst, (2) Mischen des Emulgators mit
den unerwünschten Verunreinigungen, um eine stabile Emulsion zu bilden, und (3)
Entfernen der stabilen Emulsion von dem Boden.
Die US-PS 5,769,569 (Hosseini, 23. Juni 1998) beschreibt ein thermisches
in situ-Desorptionssystem und -verfahren, das zum Mobilisieren und zur Entfernung
von nicht flüchtigen und halbflüchtigen Kohlenwasserstoffen aus einem verunreinigten
Boden in der über dem Grundwasserspiegel liegenden Zone verwendet wird. Schwer abbaubare
Kohlenwasserstoffe werden thermisch durch direktes Erhitzen der verunreinigten Zone
durch Verbrennung von Brennstoff und Luft in einem Brenner unterhalb der verunreinigten
Bodenzone desorbiert. Die gebildeten Bodendämpfe werden gesammelt und durch Bodendampf-Extraktionstechniken
behandelt.
Die US-PS 5,803,664 (Kawabata et al., 8. September 1998) betrifft
ein Verfahren zum Sanieren eines mit einem Schadstoff verunreinigten Bodens unter
Verwendung eines Mikroorganismus, das die Schritte umfasst:
Injizieren einer Flüssigkeit mit einem Mikroorganismus, der zum Abbauen des Schadstoffs
fähig ist, in eine vorbestimmte Stelle des zu sanierenden Bodenbereichs und
Injizieren von Gas in die vorbestimmte Stelle, an der das flüssige Mittel injiziert
wird, wobei der Gasinjektionsschritt erfolgt, wenn ein Wassergehalt der Stelle das
0,6fache oder mehr eines Wassersättigungsgehalts des Bodens beträgt.
Die US-PS 5,834,540 (Katoot, 10. November 1998) betrifft eine Zusammensetzung
und ein Verfahren für die Sanierung von verunreinigten Materialien und insbesondere
für eine Bodensanierung. Die Literaturangabe betrifft Zusammensetzungen und Verfahren,
die den Abbau von unerwünschten Verunreinigungen wie Kohlenwasserstoffabfällen bewirken.
Die Literaturstelle betrifft die weitere Verwendung von Strahlung, insbesondere
Mikrowellenstrahlung, um den Abbau von Verunreinigungen zu bewirken. Die Literaturstelle
ist beim Behandeln von Materialien genauso wirksam, die gesundheitsschädlichen oder
infektiösen biologischen Verunreinigungen ausgesetzt wurden.
Zusammenfassung der Erfindung
Beschrieben wird ein Verfahren zum Sanieren eines Bodens, der mit
einer oder mehreren hydrophoben organischen Chemikalien verunreinigt ist, umfassend:
In-Kontakt-Bringen des verunreinigten Bodens mit einer wässrigen Zusammensetzung,
umfassend ein Tensid, das durch Umsetzen eines Sulfonats der Formel
einem Amin der Formel R6R7NH oder R8(NH2)n
hergestellt wird,
worin R1 ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe ist, R2
ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit bis zu 18 Kohlenstoffatomen ist und
jede der Gruppen R3, R4 und R5 unabhängig voneinander
ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit bis zu 7 Kohlenstoffatomen ist und
M ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall oder -NR10R11R12
ist, worin R10, R11 und R12 unabhängig voneinander
Wasserstoffatom oder Hydrocarbylgruppen mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen sind,
worin R6 eine Hydrocarbylgruppe, eine Hydroxyhydrocarbylgruppe, eine
Alkoxyhydrocarbylgruppe, worin bis zu 12 Kohlenstoffatome in der Alkoxygruppe vorhanden
sind, oder eine Aminohydrocarbylgruppe, worin die Hydrocarbylgruppe 6 bis 50 Kohlenstoffatome
enthält, oder eine R9NH(CH2)3-Gruppe umfasst, worin
R9 eine Hydrocarbylgruppe, eine Hydroxyhydrocarbylgruppe, eine Alkoxyhydrocarbylgruppe,
worin bis zu 12 Kohlenstoffatome in der Alkoxygruppe vorhanden sind, oder eine Aminohydrocarbylgruppe
umfasst, worin die Hydrocarbylgruppe 6 bis 50 Kohlenstoffatome enthält, R7
eine -(CH2)3NH2-Gruppe ist, n den Wert 1 oder 2
aufweist und, wenn n den Wert 1 aufweist, R8 eine Hydrocarbylgruppe,
eine Hydroxyhydrocarbylgruppe, eine Alkoxyhydrocarbylgruppe, worin bis zu 12 Kohlenstoffatome
in der Alkoxygruppe vorhanden sind, oder eine Aminohydrocarbylgruppe umfasst, worin
die Hydrocarbylgruppe 6 bis 50 Kohlenstoffatome enthält, und, wenn n den Wert 2
aufweist, R8 eine Hydrocarbylengruppe mit 6 bis 50 Kohlenstoffatomen
oder
ist,
wodurch mindestens. ein Teil der hydrophoben organischen Chemikalie mit der wässrigen
Zusammensetzung assoziiert wird.
Spezifische erfindungsgemäße Ausführungsformen sind der Gegenstand
der abhängigen Ansprüche 2 bis 15.
Danach können die wässrige Zusammensetzung und die damit assoziierten
organischen Chemikalien von dem Boden entfernt werden oder sie können durch ein
biologisches Verfahren dekontaminiert werden.
Genaue Beschreibung der Erfindung
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Begriff "Boden" in einer
allgemeinen Weise verwendet, um die verschiedenen Materialien zu bezeichnen, die
in der Erde angetroffen werden können und die Gegenstand einer Verunreinigung sein
können. Boden umfasst demnach Steine, Sand, Kies, Tone, Schlamm, Humus, Löss und
andere solche Komponenten, allein oder in Kombination, und einschließlich variierender
Mengen an Wasser, die in Gegenwart solcher Komponenten gefunden werden können, wie
im Erdreich zu finden. Die spezifische Zusammensetzung des Bodens variiert von Ort
zu Ort in einer Weise, die weit verbreitet anerkannt ist und dem Fachmann bekannt
ist. Die spezifische Bodenart, für die die Erfindung geeignet ist, ist nicht spezifisch
begrenzt. Zu Test- und Bewertungszwecken wird ein Standardboden, der als "Canadian
River Alluvium" bekannt ist und aus 72% Sand, 27% Schlamm und Ton (auf einer Trockenbasis)
und einem organischen Kohlenstoffgehalt von 0,07% besteht, manchmal verwendet.
Boden kann durch eine Vielzahl von exogenen organischen Materialien
verunreinigt sein. Die Verunreinigungen können mit den festen Komponenten des Bodens
oder der Wasserkomponente des Bodens (d.h. Grundwasser) oder beidem assoziiert sein.
Diese Verunreinigungen werden oft durch einen größeren oder geringeren Grad an Hydrophobizität,
Wasserunlöslichkeit und manchmal eine Tendenz charakterisiert, verschiedene Bodenkomponenten
zu sorbieren. Diese Eigenschaften machen eine Sanierung des Bodens schwieriger.
Herkömmliche Verunreinigungen umfassen Rohöle, d.h. Mineralöle, Erdöl, lösungsmittel-
oder säurebehandelte Mineralöle und Öle, die von Kohle oder Schiefer abstammen.
Synthetische Öle können auch Verunreinigungen sein: Diese umfassen Kohlenwasserstofföle,
Halogen-substituierte Kohlenwasserstofföle, Alkylenoxidpolymere, Ester von Dicarbonsäuren
und Polyolen, Ester von phosphorhaltigen Säuren, polymerische Tetrahydrofurane und
Öle auf Siliciumbasis. Auch eingeschlossen sind Rohölfraktionen und raffinierte
Kohlenwasserstoffe wie Benzine, Kerosin, Dieselbrennstoff und Brennstofföl. Auch
eingeschlossen sind käufliche ölhaltige Zusammensetzungen wie Motoröle und andere
Schmiermittel, Getriebeflüssigkeiten und Hydraulikflüssigkeiten.
Die allgemeinen Begriffe, die für Bodenverunreinigungen verwendet
werden, sind NAPLs (nicht wässrige Phase-Flüssigkeiten) und DNAPLs
(dichte nicht wässrige Phase-Flüssigkeiten). Die Environmental Protection Agency
(EPA), das U.S. Department of Energy (DOE), U.S. Department of Interior (DOI) und
U.S. Department of Defense (DOD) haben ferner diese Materialien wie folgt klassifiziert:
1. nicht halogenierte flüchtige organische Verbindungen
2. halogenierte flüchtige organische Verbindungen
3. nicht halogenierte halbflüchtige organische Verbindungen
Stellen, an denen nicht halogenierte und halogenierte flüchtige organische
Verbindungen gefunden werden können, umfassen Feuerstellen, Herstellungsanlagen
oder Deponien für Chemikalien, verunreinigte Meeressedimente, Entsorgungsbrunnen
und Sickerfelder, Galvanik/Nachbearbeitungsbetriebe, Feuerbekämpfungs-Trainingsbereiche,
Hangar/Flugzeugwartungsbereiche, Deponien und Bestattungsgruben, Lecksammel- und
Systemsanitärleitungen, undichte Lagertanks, Entsorgungsbereiche für radioaktiven/gemischten
Abfall, Oxidationsbecken/Schlammteiche, Farbenabstreif- und Spritzkabinenbereiche,
Pestizid/Herbizidmischbereiche, Lösungsmittel-Entfettungsbereiche, Oberflächenaufbringungen
und Fahrzeugwartungsbereiche.
Eine nicht erschöpfende Liste von typischen nicht halogenierten flüchtigen
organischen Verbindungen (ausschließlich Brennstoffen und Gasphasenverunreinigungen),
die an vielen Stellen angetroffen werden, umfassen die nachstehenden: n-Butanol,
4-Methyl-2-pentanon, Aceton, Acrolein, Acrylnitril, Aminobenzol, Kohlenstoffdisulfid,
Cyclohexan, Ethanol, Ethylacetat, Ethylether, Isobutylalkohol, Methanol, Methylethylketon,
Methylisobutylketon, Styrol, Tetrahydrofuran und Vinylacetat.
Eine nicht erschöpfende Liste von typischen halogenierten flüchtigen
organischen Verbindungen, die an vielen Stellen angetroffen werden, umfassen die
nachstehenden: 1,1,1,2-Tetrachlorethan, 1,1,1-Trichlorethan, 1,1,2,2-Tetrachlorethan,
1,1,2-Trichlorethan, 1,1-Dichlorethan, 1,1-Dichlorethylen, 1,2-Dichlorethan, 1,2-Dichlorpropan,
Bromoform, Bromethan, Tetrachlorkohlenstoff, Chlordibrommethan, Chlorethan, Chloroform,
Chlorpropan, cis-1,2-Dichlorethylen, Glycerintrichlorhydrin, Hexachlorbutadien,
Hexachlorcyclopentadien, Hexachlorethan, Methylenchlorid, Chloropren, Pentachlorethan,
Perchlorethylen, Propylendichlorid, 1,2-trans-Dichlorethylen, 1,3-cis-Dichlor-1-propen,
1,3-trans-Dichlorpropen, 1-Chlor-2-propen, 2-Butylendichlorid, Bromdichlormethan,
Dibromchlorpropen, Dibrommethan, Dichlorbrommethan, Chlormethan, Ethylendibromid,
Fluortrichlormethan, Trichlortrifluorethan, Monochlorbenzol, Trichlorethylen, Vinylchlorid
und Vinylidenchlorid.
Stellen, an denen nicht halogenierte und halogenierte halbflüchtige
organische Verbindungen gefunden werden können, sind die gleichen Stellen wie für
nicht halogenierte und halogenierte flüchtige organische Verbindungen, aber umfassen
auch Holzkonservierungsbereiche.
Eine nicht erschöpfende Liste von typischen nicht halogenierten halbflüchtigen
organischen Verbindungen, die an vielen Stellen angetroffen werden, umfassen die
nachstehenden: 1,2-Benzanthracen, 1,2-Diphenylhydrazin, 1-Aminonaphthalen, 2,3-Phenylenpyren,
2,4-Dinitrophenol, 2-Aminonaphthalen, 2-Methylnaphthalen, 2-Nitroanilin, 2-Nitrophenol,
3-Nitroanilin, 4,6-Dinitro-2-methylphenol, 4-Nitroanilin, 4-Nitrophenol, Acenaphthen,
Acenaphthylen, Alkyldioxybenzolmethylenether, Anthracen, Benzidin, Benzo(a)anthracen,
Benzo(a)pyren, Benzo(b)fluoranthen, Benzo(k)fluoranthen, Benzoesäure, Benzylalkohol,
Bis(2-ethylhexyl)phthalat, Butylbenzylphthalat, Chrysen, Dibenzofuran, Diethylphthalat,
Dimethylphthalat, Di-n-butylphthalat, Di-n-octylphthalat, Diphenylenmethan, Ethion,
Ethylparathion, Fluoren, Indeno(1,2,3-cd)pyren, Isophoron, Malathion, Methylparathion,
Naphthalen, N-Nitrosodimethylamin, N-Nitrosodi-n-propylamin, Parathion, Phenanthren,
Phenylnaphthalen, Pyren und Tetraphen.
Eine nicht erschöpfende Liste von typischen halogenierten halbflüchtigen
organischen Verbindungen, die an vielen Stellen angetroffen werden, umfasst die
nachstehenden: 1,2,4-Trichlorbenzol, 1,2-Bis(2-chlorethoxy)ethan, 1,2-Dichlorbenzol,
1,3-Dichlorbenzol, 1,4-Dichlorbenzol, 2,4,5-Trichlorphenol, 2,4,6-Trichlorphenol,
2,4-Dichlorphenol, 4-Chloranilin, 2-Chlornaphthalen, 2-Chlorphenol, 3,3-Dichlorbenzidin,
4-Bromphenylether, 4-Chlorphenylphenylether, Bis(2-chlorethoxy)methan, Bis(2-chlorethoxy)phthalat,
Bis(2-chlorethyl)ether, Bis(2-chlorisopropyl)ether, Chlordan, Chlorbenzilat, Chlorphenothan,
Hexachlorbenzol, Hexachlorbutadien, p-Chlor-m-cresol, Pentachlorbenzol, Pentachlorphenol
(PCP), polychlorierte Biphenyle (PCBs), Quintozen, Tetrachlorphenol und unsymmetrisches
Trichlorbenzol.
Stellen, an denen ein Brennstoff gefunden werden kann, umfassen die
gleichen Stellen, wie sie bereits für sowohl nicht halogenierte und halogenierte
flüchtige als auch halbflüchtige Verbindungen beschrieben wurden.
Eine nicht erschöpfende Liste von typischen angetroffenen Brennstoffverunreinigungen
ist wie folgt: die isomerischen Tetramethylbenzole, die isomerischen Trimethylbenzole,
die isomerischen Methyl-substituierten und Ethyl-substituierten Alkane, worin die
Alkane Butan, Pentan, Hexan, Heptan, Octan, Nonan und Decan umfassen, 4-Methylphenol,
Anthracen, Benz(a)anthracen, Benzol, Benzo(a)pyren, die isomerischen Cresole, Fluoranthen,
Fluoren, die isomerischen Xylole, Naphthalen, Phenanthren, Phenol, Pyren, Pyridin,
Toluol und Vinylbenzol.
Die vorstehenden Verunreinigungen können mit den festen Bodenpartikeln,
mit der Wasserkomponente des Bodens oder in jeglicher Kombination davon assoziiert
sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet eine wässrige Zusammensetzung,
die ein Tensid umfasst, das durch Umsetzen eines Salzes einer Acrylamidoalkansulfonsäure,
auch als ein Sulfonat bekannt, mit einem Amin hergestellt wird. Das Salz dieser
Sulfonsäure kann durch die Formel
dargestellt werden, worin R1 ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe
ist, R2 ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit bis zu 18 Kohlenstoffatomen
ist und jede der Gruppen R3, R4 und R5 unabhängig
voneinander ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit bis zu 7 Kohlenstoffatomen
ist. Beispiele für Niederalkylreste sind Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-,
1-Butyl-, 2-Butyl-, 2-Pentyl-, 3-Hexyl- und 3-Methylpentylgruppen. Die M-Gruppe
umfasst ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall oder eine Aminoverbindung.
Die Umsetzung zum Ausbilden des Salzes ist eine einfache Neutralisation
einer Acrylamidoalkansulfonsäure, gewöhnlich mit einer Metallbase oder einem Amin,
umfassend mindestens ein Metalloxid, Metallhydroxid, Metallsalz einer schwachen
Säure wie Kohlensäure, Borsäure oder Essigsäure, oder ein Amin. Das Salz ist am
häufigsten ein Metallcarbonat oder -bicarbonat, z.B. Natriumcarbonat oder Natriumbicarbonat.
Auch verwendbar anstelle solcher Salze sind Kationen-Austauscherharze in der Metallsalzform
(gewöhnlich Alkalimetall und insbesondere Natrium), typische starke Säure- oder
schwache Säureharze, in denen die Säuregruppe z.B. Sulfon- oder Carbonsäuregruppen
sein kann.
Die bevorzugten Acrylamidoalkansulfonsäuren sind diejenigen, in denen
R4 und R5 jeweils ein Wasserstoffatom sind, R2
eine Alkylgruppe mit bis zu 7 Kohlenstoffatomen ist und R3 ein Wasserstoffatom
oder eine Alkylgruppe mit bis zu 7 Kohlenstoffatomen, gewöhnlich das letztere ist.
Beispielhafte Säuren sind 2-Acrylamidoethansulfonsäure, 2-Acrylamidopropansulfonsäure,
2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, 2-Methycrylamidopropansulfonsäure, 2-Methacrylamido-2-methylpropansulfonsäure
und 2-Methacrylamido-2-methylbutansulfonsäure. Besonders bevorzugt ist 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure,
das von The Lubrizol Corporation als AMPS®-Monomer und von Toa Gosei
unter dem Handelsnamen "ATBS." käuflich erhältlich ist, und zu einem geringeren
Ausmaß sein Methacrylamido-Homolog.
Die Salze dieser Sulfonsäure sind vorzugsweise Metalle und umfassen
insbesondere die Alkalimetall- und Erdalkalimetallsalze, hauptsächlich diejenigen
von Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium und Barium, und insbesondere diejenigen
von Natrium, Kalium, Magnesium und Calcium. Ein am meisten bevorzugtes Metall ist
Natrium. Solche Materialien und deren Herstellungsverfahren sind z.B. in der US-PS
3,544,597 beschrieben.
Es ist vorgesehen, dass die unterschiedlichen Arten an Aminen sich
mit dem vorstehend beschriebenen Sulfonat umsetzen. Diese Amine weisen die Formel
R6R7NH oder R8(NH2)n
auf, worin R6 eine Hydrocarbylgruppe, eine Hydroxyhydrocarbylgruppe,
eine Alkoxyhydrocarbylgruppe, worin bis zu 1.2 Kohlenstoffatome in der Alkoxygruppe
vorhanden sind, oder eine Aminohydrocarbylgruppe, worin die Hydrocarbylgruppe 6
bis 50 Kohlenstoffatome enthält, oder eine R9NH(CH2)3-Gruppe
umfasst, worin R9 eine Hydrocarbylgruppe, eine Hydroxyhydrocarbylgruppe,
eine Alkoxyhydrocarbylgruppe, worin bis zu 12 Kohlenstoffatome in der Alkoxygruppe
vorhanden sind, oder eine Aminohydrocarbylgruppe umfasst, worin die Hydrocarbylgruppe
6 bis 50 Kohlenstoffatome enthält, R7 eine -(CH2)3NH2-Gruppe
ist, n den Wert 1 oder 2 aufweist und, wenn n den Wert 1 aufweist,
R8 eine Hydrocarbylgruppe, eine Hydroxyhydrocarbylgruppe, eine Alkoxyhydrocarbylgruppe,
worin bis zu 12 Kohlenstoffatome in der Alkoxygruppe vorhanden sind, oder eine Aminohydrocarbylgruppe
umfasst, worin die Hydrocarbylgruppe 6 bis 50 Kohlenstoffatome enthält, und, wenn
n den Wert 2 aufweist, R8 eine Hydrocarbylengruppe mit 6 bis 50 Kohlenstoffatomen
oder
ist.
Wie hierin verwendet, wird der Begriff "Hydrocarbyl", "Hydrocarbylsubstituent"
oder "Hydrocarbylgruppe" in seiner herkömmlichen Bedeutung verwendet, die dem Fachmann
bekannt ist. Insbesondere betrifft er eine Gruppe, die ein Kohlenstoffatom, das
direkt an den Rest des Moleküls gebunden ist, und einen vorherrschenden Kohlenwasserstoffcharakter
aufweist. Beispiele für Hydrocarbylgruppen umfassen:
(1) Kohlenwasserstoffsubstituenten, d.h. aliphatische (z.B. Alkyl- oder Alkenyl-),
alicyclische (z.B. Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-) Substituenten und aromatisch-, aliphatisch-
und alicyclisch-substituierte aromatische Substituenten als auch cyclische Substituenten,
wobei der Ring durch einen anderen Teil des Moleküls vervollständigt wird,
(2) substituierte Kohlenwasserstoffsubstituenten, d.h. Substituenten mit Nichtkohlenwasserstoffgruppen,
die im Zusammenhang mit der Erfindung den vorherrschenden Kohlenwasserstoffsubstituenten
nicht verändern (z.B. Halogen-(insbesondere Chlor- und Fluor-), Hydroxy-, Alkoxy-,
Mercapto-, Alkylmercapto-, Nitro-, Nitroso- und Sulfoxygruppen),
(3) Heterosubstituenten, d.h. Substituenten, die, während sie einen vorherrschenden
Kohlenwasserstoffcharakter im Zusammenhang mit der Erfindung aufweisen, von Kohlenstoffatomen
verschiedene Atome in einem Ring oder einer Kette enthalten, der/die ansonsten aus
Kohlenstoffatomen aufgebaut ist. Heteroatome umfassen Schwefel-, Sauerstoff-, Stickstoffatome
und umfassen Substituenten wie Pyridyl-, Furyl-, Thienyl- und Imidazolylsubstituenten.
Im Allgemeinen werden nicht mehr als zwei, vorzugsweise nicht mehr als ein Nichtkohlenwasserstoffsubstituent
für jeweils 10 Kohlenstoffatome in der Hydrocarbylgruppe vorhanden sein. Typischerweise
wird kein Nichtkohlenwasserstoffsubstituent in der Hydrocarbylgruppe vorhanden sein.
Der Begriff "Hydrocarbyl" soll auch Hydrocarbylengruppe umfassen,
d.h. Gruppen mit Bindungen zu einer Nichtkohlenwasserstofffunktionalität an zwei
Stellen, d.h. zwei offene Valenzen.
Wenn das Amin R6R7NH ist, worin R6
eine aliphatische Gruppe ist, wobei die aliphatische Gruppe 6 bis 50 Kohlenstoffatome
enthält, und R7 -(CH2)3NH2 ist, weist
das Amin, das gebildet wird, die Struktur C6-50-aliphatische Gruppe-NH(CH2)3NH2
auf. Diese Struktur ist ein N-aliphatische Gruppe-trimethylendiamin. Vorzugsweise
enthält die R6-Gruppe bis zu 22 Kohlenstoffatome und am meisten bevorzugt
enthält die R6-Gruppe 10 bis 18 Kohlenstoffatome. Diese sind die bevorzugten
erfindungsgemäßen Amine und diese Amine sind von AKZO als Duomeen OTM-Amin,
ein N-Oleyl-1,3-diaminopropan, Duomeen TTM-Amin, ein N-Talg-1,3-diaminopropan,
Duomeen CTM-Amin, ein N-Coco-1,3-diaminopropan, und Duomeen STM-Amin,
ein N-Soja-1,3-diaminopropan, erhältlich.
Wenn R6 eine R9NH(CH2)3-Gruppe
ist, worin R9 eine aliphatische Gruppe mit 6 bis 50 Kohlenstoffatomen
ist, und R7 eine -(CH2)3NH2-Gruppe ist,
weist das Amin, das gebildet wird, die Struktur C6-50-aliphatische Gruppe-NH(CH2)3NH(CH2)3NH2
auf. Diese Struktur ist ein N-aliphatische Gruppe-dipropylentriamin. Vorzugsweise
enthält die R9-Gruppe bis zu 22 Kohlenstoffatome und am meisten bevorzugt
enthält sie 10 bis 18 Kohlenstoffatome. Dieses Amin ist von AKZO als Trimeen TTM-Amin
erhältlich.
Wenn das Amin R8(NH2)n ist, worin
R8 eine aliphatische Gruppe mit 6 bis 50 Kohlenstoffatomen ist und n
den Wert 1 aufweist, ist die Aminstruktur C6-50-aliphatische Gruppe-NH2,
was Fettamine definiert. Vorzugsweise ist die R8-Gruppe eine Alkylgruppe
und enthält bis zu 22 Kohlenstoffatome und am meisten bevorzugt enthält sie 8 bis
18 Kohlenstoffatome. Eine nicht erschöpfende, aber beispielhafte Liste von Fettaminen
sind Hexylamin, Heptylamin, Octylamin, 2-Ethylhexylamin, Nonylamin, Decylamin, Undecylamin,
Dodecylamin, Tridecylamin, Tetradecylamin, Pentadecylamin, Hexadecylamin, Heptadecylamin,
Octadecylamin, Oleylamin, usw.
Wenn n den Wert 2 aufweist, ist R8 eine Hydrocarbylengruppe,
insbesondere eine Alkylengruppe mit 6 bis 50 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise bis
zu 22 Kohlenstoffatomen und am meisten bevorzugt bis zu 18 Kohlenstoffatomen. Das
di-primäre Amin kann ein geradkettiges di-primäres Amin sein und die Aminogruppen können
beide terminal, eine terminal und eine intern oder beide intern sein, wie 1,6-Diaminohexan,
1,5-Diaminohexan bzw. 2,5-Diaminohexan. R8 kann verzweigt sein, wie in
2-Methyl-1,5-pentandiamin. Zusätzlich, wenn n den Wert 2 aufweist, ist R8
worin R9 wie vorstehend definiert ist. Das Amin, das gebildet wird, ist
ein Tetraamin der Formel
Beim Herstellen des Tensids werden das Amin und das Salz der Acrylamidoalkansulfonsäure
zusammen umgesetzt. Die Umsetzung ist eine Additionsreaktion. Das Amin addiert sich
an die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung. Das Amin enthält reaktive Amin-Wasserstoffatome
und jedes reaktive Amin-Wasserstoffatom ist fähig, sich mit einem Mol des Salzes
der Acrylamidoalkansulfonsäure umzusetzen. Ein Mol eines primären Amin, das 2 reaktive
Amin-Wasserstoffatome enthält, wird mit bis zu 2 Molen des Salzes der Acrylamidoalkansulfonsäure
reagiert. In dem Fall der DuomeenTM-Amine wird 1 Mol, das 3 reaktive
Amin-Wasserstoffatome enthält, mit bis zu 3 Molen des Salzes der Acrylamidoalkansulfonsäure
reagieren. Die di-primären Amine und das TrimeenTM-Amin enthalten jeweils
4 reaktive Amin-Wasserstoffatome und 1 Mol dieser Amine wird mit bis zu 4 Molen
des Metallsalzes reagieren. Dies definiert die obere Grenze der Anzahl an Molen
des Salzes, die mit 1 Mol eines jeglichen der erfindungsgemäßen Amine reagieren
kann. Wenn 1 Mol eines jeglichen dieser Amine verwendet wird, wird mindestens 1
Mol an Salz verwendet, ungeachtet der Anzahl an reaktiven Amin-Wasserstoffatomen,
die vorhanden sind.
Als Beispiele für die verschiedenen Produkte, die erhalten werden
können, zeigt das Nachstehende die Umsetzung eines Mols eines DuomeenTM-Amins
mit 1 bis 3 Molen eines Natriumsalzes von 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure.
Das Nachstehende zeigt die Reaktion eines Mols eines mono-primären
Amins mit 1 bis 2 mol eines Natriumsalzes von 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure.
Geeignete Bedingungen, die zu dem gesteuerten Grad an erfindungsgemäßer
Reaktionseigenschaft führen, umfassen ein Vereinigen des Amins mit einer geeigneten
Menge des Salzes von Acrylamidoalkansulfonsäure in einem geeigneten Lösungsmittel
(wie Wasser und/oder Alkohole) bei einer Temperatur von 40 bis 130°C, vorzugsweise
70 bis 110°C für 4 bis 30 Stunden. Die Gesamtkonzentration der Reaktanten kann
1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-% betragen. Gegebenenfalls kann ein
Radikal-Inhibitor wie Monomethyloxyhydrochinon bei einer geeigneten Konzentration
wie etwa 1000 Teile pro Million verwendet werden.
Das vorstehend beschriebene Tensid wird in Wasser oder anderen Lösungsmitteln,
im Allgemeinen bei einer Konzentration von 0,005 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,25
bis 3% und mehr bevorzugt 2 bis 3% (basierend auf aktiver Chemikalie, ausschließlich
des Verdünnungsmittels Wasser oder Lösungsmitteln) verwendet. Die Mengen können
wie benötigt angepasst werden, um die Leistung für eine spezifische Kombination
von Boden und Verunreinigung zu optimieren. Für eine in situ-Sanierung sind Konzentrationen
von 1 bis 3 Gew.-% manchmal bevorzugt. Für eine ex situ-Sanierung (bei der Boden
aus dem Erdreich entfernt und behandelt wird) sind Konzentrationen von 0,01 bis
0,5 Gew.-% manchmal bevorzugt. Das Tensid kann in dem Wasser gelöst oder anderweitig
dispergiert sein. Vorzugsweise ist das Tensid gelöst.
Falls gewünscht, können ein oder mehrere zusätzliche Tenside, vorzugsweise
in Mengen innerhalb der vorstehend beschriebenen Bereiche, zusammen mit den vorstehend
beschriebenen Materialien verwendet werden. Herkömmliche Tenside können als nicht
ionisch, anionisch, kationisch oder amphoter charakterisiert werden. Nicht ionische
Tenside umfassen Nonylphenol-(POE5), Octylphenol-(POE5), Laurylalkohol-(POE5), Octadecylalkohol-(POE5),
Sorbitanmonooleat, Sorbitanmonooleat-(POE5), Glycerinmonooleat, Laurylalkoholpolyglykosid,
Ölsäurediethanolamid, Oleylhydroxymethylimidazolin, Oleylamin-(POE5), Oleyldimethylaminoxid,
Poly(ethylenoxid[Molelculargewicht 400])dioleat und Poly(ethylenoxid)-14-oleat.
Kationische Tenside umfassen Benzyltrimethylammoniumbromid und Cetylpyridiniumchlorid.
Amphotere Tenside umfassen Lecithin und Lauryldimethylhydroxypropylsulfobetain.
In den vorstehenden Materialien betrifft der Ausdruck "POEn" ein Ethylenoxidoligomer
mit n Wiederholungseinheiten, das durch eine Etherbindung über ein alkoholisches
oder phenolisches Sauerstoffatom des Rests des Moleküls gebunden ist.
Die Tensid-Wasser-Kombination wird zum Kontaktieren des verunreinigten
Bodens und zum Entfernen von organischen Verunreinigungen davon durch mechanische
Techniken, die dem Fachmann bekannt sind, verwendet. Unter Verwendung eines Verfahrens,
das auf dem herkömmlichen "Pumpen und Behandeln"-Verfahren basiert, kann die wässrige
Zusammensetzung in das Erdreich bei oder nahe einer Verunreinigungsstelle injiziert
werden und eine Wasserzusammensetzung, die das Tensid und einen Teil der Verunreinigungen
umfasst, kann aus dem Erdreich in einer Weise gepumpt werden, dass die Wasser/Tensid-Zusammensetzung
mindestens einen Teil des verunreinigten Bodens durchquert hat. Die dadurch wiedergewonnene
wässrige Zusammensetzung kann für eine Abfallbearbeitung und -behandlung behandelt
werden. Eine solche Behandlung kann aus einer Abtrennung der Verunreinigung von
dem Wasser und Tensid durch bekannte Mittel wie Luftabstreifen, Schaumfraktionierung,
Destillation, Koagulation, Verfestigung, Filtration oder andere solche Techniken
und anschließender Entsorgung der Verunreinigung, z.B. durch Verbrennung, bestehen.
Es ist auch möglich, etwas oder das gesamte Tensid für eine Wiederverwendung wiederzugewinnen,
falls gewünscht.
Alternativ dazu kann ein Teil des verunreinigten Bodens aus dem Erdreich
entfernt und mit einer geeigneten wässrigen Lösung an Tensid in einer geeigneten
Vorrichtung behandelt werden. Der Boden kann mit der Tensidlösung durch Rühren oder
Aufschlämmen in einer batchartigen Handhabung oder durch Durchleiten der Lösung
durch den Boden in einer kontinuierlichen Weise in Kontakt gebracht werden. Die
wässrige Lösung mit einem Teil der organischen Verunreinigung kann aus dem Boden
durch bekannte Verfahren wie Filtration, Dekantierung oder Zentrifugation abgetrennt
werden. Eine Sanierung durch Entfernung des Bodens und Behandlung in dieser Weise
ist für kleine und begrenzte Bereiche einer Verunreinigung oder für punktuelle Test-
und Bewertungszwecke besonders geeignet.
In einem noch weiteren Ansatz können die erfindungsgemäßen Tenside
in Tensid-unterstützten Bio-Sanierungsverfahren verwendet werden, d.h. ein Verfahren,
in dem die Dekontaminierung durch ein Tensid-unterstütztes biologisches Verfahren
erfolgt. Es wird spekuliert, dass in solchen Verfahren das Tensid dazu dient, die
Verunreinigung von den Bodenpartikeln zu "lösen" und sie für eine Dekontaminierung
leichter verfügbar zu machen. Die Dekontaminierung selbst erfolgt gegebenenfalls
in situ durch biologische Verfahren, die z.B. auf die Wirkung von Bakterien oder
anderer Organismen zurückzuführen sind, ungeachtet ob Organismen natürlich auftreten
(natürlich in dem Boden vorhanden sind) oder ausgewählt oder für den Zweck einer
Dekontaminierung entworfen sind. In dieser Ausführungsform kann die physikalische
Entfernung der wässrigen Zusammensetzungen und der damit verbundenen organischen
Chemikalien aus dem Boden nicht erforderlich sein.
Es ist bekannt, dass einige der vorstehend beschriebenen Materialien
in der Endformulierung wechselwirken können, so dass die Komponenten der Endformulierung
unterschiedlich zu denjenigen sein können, die anfangs zugegeben wurden. Zum Beispiel
können Metallionen (von z.B. einem Detergenz) zu anderen sauren Stellen anderer
Moleküle wandern. Die dadurch gebildeten Produkte, einschließlich der Produkte,
die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Tensids bei seiner beabsichtigten Verwendung
gebildet werden, können einer leichten Beschreibung nicht zugänglich sein. Nichtsdestotrotz
sind alle solche Modifikationen und Reaktionsprodukte innerhalb des Umfangs der
Erfindung eingeschlossen.
Die nachstehenden Beispiele sind beispielhaft für die Herstellung
der erfindungsgemäßen Tenside. Wenn nicht anders angegeben, sind alle Teile und
Prozente nach Gewicht angegeben.
Beispiel 1(3 reaktive Amin-Wasserstoffatome/2 mol Na-Salz)
Zu einem 2 l-Vierhalskolben, der mit einem Rührer und einem Temperaturmessstutzen
ausgestattet ist, werden 500 Teile Methanol, 568,4 Teile (1,44 mol) einer 42%igen
wässrigen Lösung des Natriumsalzes von 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure und
186 Teile (0,72 mol) Duomeen CTM-Amin gegeben. Das Gemisch wird gerührt
und auf Reflux bei etwa 75°C erhitzt. Die Refluxierungsbedingungen werden 30
Stunden gehalten. Am Ende der Heizzeitspanne werden Methanol und Wasser aus dem
Reaktionsgemisch unter Verwendung eines Vakuumofens entfernt, während die Temperatur
unter 100°C gehalten wird. Das Produkt sind 431 Teile eines
gelblichen Feststoffs.
Beispiel 2(3 reaktive Amin-Wasserstoffatome/2 mol Na-Salz)
Zu einem 500 ml-Kolben werden 39,5 (0,1 mol) Teile einer 42%igen wässrigen
Lösung des Natriumsalzes von 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, 17,7 Teile
(0,05 mol) Duomeen TTM-Amin, 350 Teile Wasser und 0,1 Teile Hydrochinonmonomethoxyether
als ein Inhibitor gegeben. Das Gemisch wird bei 95°C 16 Stunden gerührt. Am
Ende dieser Zeitspanne ergibt sich eine homogene Lösung. Das Wasser wird aus dem
Gemisch wie in Beispiel 1 entfernt, was ein mattorangefarbenes festes Produkt zurücklässt,
das wasserlöslich ist.
Beispiel 3(3 reaktive Amin-Wasserstoffatome/2 mol Na-Salz)
Zu einem Kolben werden 39,5 Teile (0,1 mol) einer 42%igen wässrigen
Lösung des Natriumsalzes von 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, 300 Teile Wasser,
0,1 Teil Hydrochinonmonomethoxyether-Inhibitor und 12,9 Teile (0,05 mol) Duomeen
CTM-Amin gegeben. Das Gemisch wird auf 95°C unter Rühren erwärmt
und bei dieser Temperatur 16 Stunden gehalten. Wasser wird aus der sich ergebenden
Lösung wie in Beispiel 1 entfernt, was ein mattgelbes Pulver liefert, das wasserlöslich
ist.
Beispiel 4(3 reaktive Amin-Wasserstoffatome/2 mol Na-Salz)
Zu einem Kolben werden 39,5 Teile (0,1 mol) einer 42%igen wässrigen
Lösung des Natriumsalzes von 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, 69,3 Teile
Wasser, 0,1 Teil Hydrochinonmonomethoxyether-Inhibitor und 12,9 Teile (0,05 mol)
Duomeen CTM-Amin gegeben. Das Gemisch wird auf 95°C unter Rühren
erwärmt und bei dieser Temperatur 30 Stunden gehalten. Die sich ergebende Lösung
ist eine klare gelbe Flüssigkeit mit 70% Wasser, die keine Filtration benötigt.
Eine Auswertung durch 1H-NMR zeigt etwa 1% nicht umgesetztes Olefin an.
Beispiel 5(3 reaktive Amin-Wasserstoffatome/2 mol Na-Salz)
Zu einem 500 ml-Kolben werden 39,5 Teile (0,1 mol) einer 42%igen wässrigen
Lösung des Natriumsalzes von 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, 17,5 Teile
(0,05 mol) Duomeen OTM-Amin, 350 Teile Wasser und 0,01 Teil Hydrochinonmonomethoxyether-Inhibitor
gegeben. Das Gemisch wird bei 95°C 16 Stunden gerührt, worauf das Gemisch eine
homogene Lösung ist. Wasser wird aus der sich ergebenden Lösung wie in Beispiel
1 entfernt, um ein wasserlösliches Pulver zu liefern.
Beispiel 6(2 reaktive Amin-Wasserstoffatome/1 mol Na-Salz)
Zu einem Kolben werden 395 Teile (1 mol) einer 42%igen wässrigen Lösung
des Natriumsalzes von 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, 2500 Teile Wasser,
1,0 Teile Hydrochinonmonomethoxyether-Inhibitor und 269 Teile (1 mol) Oleylamin
gegeben. Der Inhalt wird gemischt und auf 95°C erhitzt und dort 30 Stunden gehalten.
Wasser wird wie in Beispiel 1 entfernt, um das Tensid zu liefern.
Beispiel 7(2 reaktive Amin-Wasserstoffatome/2 mol Na-Salz)
Das Verfahren von Beispiel 6 wird wiederholt, mit der Ausnahme, dass
134,5 Teile (0,5 mol) Oleylamin verwendet werden.
Beispiel 8(4 reaktive Amin-Wasserstoffatome/4 mol Na-Salz)
Zu einem Kolben werden 395 Teile (1 mol) einer 42%igen wässrigen Lösung
des Natriumsalzes von 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, 2500 Teile Wasser,
1,0 Teile Hydrochinonmonomethoxyether-Inhibitor und 43 Teile (0,25 mol) 1,10-Diaminodecan
gegeben. Der Inhalt wird gemischt und auf 95°C erhitzt und dort 25 Stunden gehalten.
Wasser wird wie in Beispiel 1 entfernt, um das Tensid zu liefern.
Beispiel 9(3 reaktive Amin-Wasserstoffatome/1 mol Na-Salz)
Das Verfahren von Beispiel 6 wird wiederholt, mit der Ausnahme, dass
das Oleylamin durch 258 Teile (1 mol) Duomeen CTM-Amin ersetzt wird.
Beispiel 10(3 reaktive Amin-Wasserstoffatome/3 mol Na-Salz)
Das Verfahren von. Beispiel 6 wird wiederholt, mit der Ausnahme, dass
das Oleylamin durch 86 Teile (0,33 mol) Duomeen CTM-Amin ersetzt wird.
Die erfindungsgemäßen Tenside werden im Labor in einem Emulsionsbildungstest
bewertet. In diesem Test werden 2 ml einer Tensidlösung mit 2 ml einer Verunreinigung
gemischt. Die Verunreinigung ist 1,1,1-Trichlorethan. Die Tensidlösung wird dadurch
hergestellt, dass eine spezifische Anzahl an Mikrolitern einer 16 Gew.-%igen wässrigen
Lösung des Produkts des vorstehenden Beispiels 1, einer 50 Gew.-% wässrigen Lösung
von Isopropylalkohol, einer 2 Gew.-%igen wässrigen Lösung an Calciumchlorid und
einer 2 Gew.-%igen wässrigen Lösung an Natriumchlorid vereinigt werden. Zusätzliches
Wasser in Mikrolitern wird zugegeben, um eine 2 ml-Tensidlösung zu ergeben.
Mit Ausnahme der Mikrolitermengen ist die vorstehende Tensidlösung
identisch zu derjenigen, die an einer Verunreinigungsstelle verwendet werden würde.
Die vorstehende Tensidlösung und die Verunreinigung werden gemischt
und es wird ihnen erlaubt, sich abzutrennen. Die Abtrennung fällt in eine von drei
Winsor-Klassen, die als Winsor I, Winsor II oder Winsor III bezeichnet werden. Winsor
I bedeutet, dass sich das Probengemisch in zwei Phasen trennte, wobei die Phasen
als eine Emulsionsphase/wässrige Phase oder als eine Emulsionsphase/organische Phase
identifiziert werden. In der Praxis enthält die Emulsionsphase die eingeschlossene
Verunreinigung. Es ist die eingeschlossene Verunreinigung, die in situ entfernt
oder ex situ abgetrennt wird. Die wässrige Phase wird, wenn sie in Winsor I vorhanden
ist, auch abgepumpt. Diese wässrige Phase, die primär die Tensidlösung ist, kann
zurückgepumpt werden, um mit der verbleibenden Verunreinigung zu emulgieren. Dieses
Zurückpumpen oder Wiederverwenden des Tensids ist ähnlich zu einer Extraktion in
einem Scheidetrichter.
Wie Winsor I bedeutet Winsor II auch eine Auftrennung in zwei Phasen.
Jedoch gibt es keine organische Phase. Es gibt lediglich eine Emulsionsphase und
eine wässrige Phase. In der Emulsionsphase eines Winsor I-Typs wird die organische
Verunreinigung in die wässrige Phase gezogen. Allerdings wird in einem Winsor II-Typ
die wässrige Phase in die organische Verunreinigungsphase, die eine Invert-Emulsion
ist, gezogen. Invert-Emulsionen sollen bei einer Bodensanierung vermieden werden.
Ein Tensid, das einen Winsor II-Typ ergibt, bewirkt, dass Grundwasser in die Verunreinigung
gezogen wird, was die Verunreinigungssituation sehr verschlechtert.
In dem Winsor III-Typ gibt es drei Phasen, eine organische Phase,
eine Emulsionsphase (tatsächlich eine Mikroemulsion) und eine wässrige Phase. In
einem Winsor III-Typ ist es erwünscht, dass eine große Mikroemulsionsphase und geringe,
aber gleiche organische und wässrige Phasen vorliegen. Dies bedeutet, dass ein hoher
Prozentsatz an Verunreinigung in nur einem Durchgang einer Tensidlösung durch den
Boden entfernt werden kann. Jedoch kann sogar mit einem niedrigen Prozentsatz einer
Mikroemulsionsphase eine Tensidlösung immer noch verwendet werden, einfach durch
ein Wiederverwenden und anschließendes Zurückpumpen in den Boden.
Die nachstehende Tabelle I gibt die Ergebnisse einer Tensidlösung
wieder, die mit Hilfe des Verfahrens von Beispiel 3 hergestellt wurde, wobei Isopropylalkohol,
Calciumchlorid, Natriumchlorid und Wasser mit einer Verunreinigung an 1,1,1-Trichlorethan
gemischt wurden. Für die Ergebnisse in allen Tabellen beträgt die Summe der organischen,
Emulsions- und wässrigen Phasen 4 ml. Jedoch wird in manchen Fällen eine Probe einen
Winsor I-Typ aufweisen, selbst wenn die Emulsion als eine 0 beschrieben wird. Dies
bedeutet lediglich, dass die Emulsionsphase für eine Messung zu klein war. In anderen
Fällen kann ein Winsor-Wert nicht zugeordnet werden, da keine Emulsionsphase gebildet
wird. Dies bedeutet, dass die Tensidlösung und die Verunreinigung zwei getrennte
Phasen bilden und sie als TP in den Tabellen bezeichnet sind.
TABELLE I
Tabelle II gibt die Ergebnisse einer Tensidlösung wieder, die unter
Verwendung eines Tensids, das wie in Beispiel 2 hergestellt wurde, mit Isopropylalkohol,
Calciumchlorid, Natriumchlorid und Wasser hergestellt wird, und die mit einer Verunreinigung
an 1,1,1-Trichlorethan gemischt wird.
TABELLE II
Die Tabellen III und IV geben die Ergebnisse von Tensidlösungen wieder,
die unter Verwendung käuflicher Tenside hergestellt wurden, die in mehreren Veröffentlichungen
beschrieben wurden und die bei einer Tensid-verstärkten Bodensanierung weit verbreitet
verwendet werden. In Tabelle III ist das käufliche Tensid DowfaxTM 8390,
das von Dow Chemical, Midland, MI, erhältlich ist. In Tabelle IV ist das käufliche
Tensid AerosolTM M-80, das von Cytec Industries, Inc., West Patterson,
NJ, erhältlich ist. Wie in den Tabellen I und II werden die Tensidlösungen der Tabellen
III und IV dadurch hergestellt, dass eine spezifische Anzahl an Mikrolitern einer
16 Gew.-%igen wässrigen Lösung des käuflichen Tensids, einer 50 Gew.-%igen wässrigen
Lösung von Isopropylalkohol, einer 2 Gew.-%igen wässrigen Lösung von Calciumchlorid
und einer 2 Gew.-%igen wässrigen Lösung an Natriumchlorid vereinigt werden. Zusätzliches
Wasser in Mikrolitern wird zugegeben, um eine 2 ml-Tensidlösung zu ergeben. Diese
Tensidlösungen, die diese käuflichen Tenside verwenden, werden sodann mit 2 ml Verunreinigung
von 1,1,1-Trichlorethan vereinigt.
TABELLE IIITABELLE IV
Aus den vorstehenden vier Tabellen kann festgestellt werden, dass
die erfindungsgemäßen Tenside, wenn sie in Tensidlösungen, wie in den Tabellen I
und II gezeigt, eingebaut werden, wesentlich wirksamer beim Emulgieren einer Verunreinigung
sind als käufliche Tenside, wie in den Tabellen III und IV gezeigt, wenn sie in
Tensidlösungen eingebaut werden.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben wurde, soll verstanden werden, dass verschiedene Modifikationen davon
dem Fachmann beim Lesen der Beschreibung ersichtlich werden. Folglich soll verstanden
werden, dass die hierin beschriebene Erfindung solche Modifikationen umfassen soll,
wie sie in den Umfang der angefügten Ansprüche fallen.
Anspruch[de]
Verfahren zum Sanieren eines Bodens, der mit einer oder mehreren hydrophoben
organischen Chemikalien verunreinigt ist, umfassend:
In-Kontakt-Bringen des verunreinigten Bodens mit einer wässrigen Zusammensetzung,
umfassend ein Tensid, das durch Umsetzen eines Sulfonats der Formel
einem Amin der Formel
R6R7NH oder R8(NH2)n
hergestellt wird,
worin R1 ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe ist, R2
ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit bis zu 18 Kohlenstoffatomen ist und
jede der Gruppen R3, R4 und R5 unabhängig voneinander
ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit bis zu 7 Kohlenstoffatomen ist und
M ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall oder -NR10R11R12
ist, worin R10, R11 und R12 unabhängig voneinander
Wasserstoffatom oder Hydrocarbylgruppen mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen sind,
worin R6 eine Hydrocarbylgruppe, eine Hydroxyhydrocarbylgruppe, eine
Alkoxyhydrocarbylgruppe, worin bis zu 12 Kohlenstoffatome in der Alkoxygruppe vorhanden
sind, oder eine Aminohydrocarbylgruppe, worin die Hydrocarbylgruppe 6 bis 50 Kohlenstoffatome
enthält, oder eine R9NH(CH2)3-Gruppe umfasst, worin
R9 eine Hydrocarbylgruppe, eine Hydroxyhydrocarbylgruppe, eine Alkoxyhydrocarbylgruppe,
worin bis zu 12 Kohlenstoffatome in der Alkoxygruppe vorhanden sind, oder eine Aminohydrocarbylgruppe
umfasst, worin die Hydrocarbylgruppe 6 bis 50 Kohlenstoffatome enthält, R7
eine -(CH2)3NH2-Gruppe ist, n den Wert 1 oder 2
aufweist und, wenn n den Wert 1 aufweist, R8 eine Hydrocarbylgruppe,
eine Hydroxyhydrocarbylgruppe, eine Alkoxyhydrocarbylgruppe, worin bis zu 12 Kohlenstoffatome
in der Alkoxygruppe vorhanden sind, oder eine Aminohydrocarbylgruppe umfasst, worin
die Hydrocarbylgruppe 6 bis 50 Kohlenstoffatome enthält, und, wenn n den Wert 2
aufweist, R8 eine Hydrocarbylengruppe mit 6 bis 50 Kohlenstoffatomen
oder
ist,
wodurch mindestens ein Teil der hydrophoben organischen Chemikalie mit der wässrigen
Zusammensetzung assoziiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die hydrophobe organische Chemikalie
Rohöl, eine Rohölfraktion, einen raffinierten Kohlenwasserstoff oder einen chlorierten
Kohlenwasserstoff umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei R4 und R5
jeweils ein Wasserstoffatom sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei R1
ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei R2 eine
Methylgruppe ist.
Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 5, wobei R3 eine
Methylgruppe ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei M Natrium ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Amin R6R7NH
ist, worin R6 eine Hydrocarbylgruppe ist, umfassend eine aliphatische
Gruppe mit bis zu 22 Kohlenstoffatomen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei R6 10 bis 18 Kohlenstoffatome
enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Amin R6R7NH
ist, worin R6 eine R9NH(CH2)3-Gruppe
ist, worin R9 eine Hydrocarbylgruppe ist, umfassend eine aliphatische
Gruppe mit bis zu 22 Kohlenstoffatomen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei R9 10 bis 18 Kohlenstoffatome
enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Amin R8(NH2)n
umfasst und n den Wert 1 oder 2 aufweist und R8 eine Hydrocarbylgruppe
ist, umfassend eine Alkylgruppe mit bis zu 22 Kohlenstoffatomen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei R8 8 bis 18 Kohlenstoffatome
enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner umfassend ein
Entfernen der wässrigen Zusammensetzungen und der damit assoziierten organischen
Chemikalien von dem Boden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die wässrige Zusammensetzung in
einem Bereich eines verunreinigten Bodens injiziert wird und an einer anderen Stelle
entfernt wird, wobei die wässrige Zusammensetzung durch den verunreinigten Boden
tritt und mindestens ein Teil der hydrophoben organischen Chemikalie mit der wässrigen
Zusammensetzung assoziiert wird und dadurch von dem Boden entfernt wird.