Влияние нефти на критическую концентрацию мицеллообразования поверхностно-активных веществ

В работе изучено влияние различных концентраций нефти на критическую концентрацию мицеллообразования поверхностно-активных веществ: анионного – додецилсульфата натрия, неионогенного – твин-80 и катионного – цетилтриметиламмония бромида. Критическую концентрацию мицеллообразования определяли по скачку мутности и удельной электропроводности растворов поверхностно-активных веществ. Показано, что добавление нефти (10–50 мг/дм³) изменяет положение критической концентрации мицеллообразования: для додецилсульфата натрия наблюдается снижение при низкой концентрации нефти и повышение при более высокой, тогда как для цетилтриметиламмония бромида и твин-80 зафиксировано устойчивое смещение критической концентрации мицеллообразования к большим концентрациям. Показано, что нефть может выступать как ко-сурфактант или гидрофобная добавка, влияя на процессы мицеллообразования: может повышать требуемую концентрацию поверхностно-активных веществ для инициирования самосборки за счет стабилизации эмульсии «масло в воде» и изменения микросреды полярных групп (цетилтриметиламмония бромид, твин-80; а также додецилсульфат натрия при средних и высоких навесках нефти). Сформулированы практические рекомендации: 1) при инженерных расчетах доз поверхностно-активных веществ для солюбилизации углеводородов и формирования микрoэмульсий необходимо учитывать возможный немонотонный отклик критической концентрации мицеллообразования на низкие/умеренные содержания нефти, особенно для анионных систем; 2) для ионных поверхностно-активных веществ целесообразно контролировать ионную силу/жесткость воды, чтобы не «маскировать» нефте-индуцированный сдвиг; 3) для неионных этоксилатов присутствие нефти может повышать требуемую дозу поверхностно-активных веществ для достижения мицеллообразования. Результаты имеют практическую значимость для разработки технологий биоремедиации нефтезагрязненных экосистем и интенсификации нефтедобычи.

1. Morin-Crini N., Lichtfouse E., Liu G., Balaram V., Ribeiro A.R.L., Lu Z., et al. Worldwide cases of water pollution by emerging contaminants: a review // Environmental Chemistry Letters. 2022. Vol. 20, no. 4. P. 2311–2338. DOI: 10.1007/s10311-022-01447-4.

2. Perinelli D.R., Cespi M., Lorusso N., Palmieri G.F. Bonacucina G., Blasi P. Surfactant self-assembling and critical micelle concentration: one approach fits all? // Langmuir. 2020. Vol. 36, no. 21. Р. 5745–5753. DOI: 10.1021/acs.langmuir.0c00420.

3. Dong B., Xu Q., Liu J., Du S., Luo W., Wu W., et al. Research of CO₂-responsive surfactants for enhanced oil recovery: review and outlook // Energies. 2025. Vol. 18, no. 3. Р. 574. DOI: 10.3390/en18030574.

4. Goñi F.M., Alonso A. Spectroscopic techniques in the study of membrane solubilization, reconstitution and permeabilization by detergents // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes. 2000. Vol. 1508, no. 1-2. P. 51–68. DOI: 10.1016/s0304-4157(00)00011-3.

5. Топчий И.А., Стом Д.И., Донина К.Ю., Алферов С.В., Нечаева И. А., Купчинский А.Б. [и др.]. Использование поверхностно-активных веществ в биодеградации гидрофобных соединений: обзор // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2022. Т. 12. N 4. С. 521–537. DOI: 10.21285/2227-2925-2022-12-4-521-537. EDN: GCGFRC.

6. Hanafiah S.A., Mohamed M.A., Caradec S., Fatin-Rouge N. Treatment of heavy petroleum hydrocarbons polluted soil leachates by ultrafiltration and oxidation for surfactant recovery // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2018. Vol. 6, no. 2. P. 2568–2576. DOI: 10.1016/j.jece.2018.03.055.

7. Arai M., Suzuki T., Kaneko Y., Miyake M., Nishikawa N. Properties of aggregates of amide guanidine type cationic surfactant with 1-hexadecanol adsorbed on hair // Studies in Surface Science and Catalysis / eds Y. Iwasawa, N. Oyama, H. Kunieda. Elsevier, 2001. Vol. 132. P. 1005–1008. DOI: 10.1016/S0167-2991(01)82254-0.

8. Kharazi M., Saien J., Miller R. The surface activity of surfactants at liquid interfaces: the role of CMC, decrease in surface tension, HLB, thermodynamic adsorption models // Journal of Surfactants and Detergents. 2026. Vol. 29, no. 1. P. 65–90. DOI: 10.1002/jsde.12902.

9. Bergfreund J., Siegenthaler S., Lutz-Bueno V., Bertsch P., Fischer P. Surfactant adsorption to different fluid interfaces // Langmuir. 2021. Vol. 37, no. 22. P. 6722–6727. DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c00668.

10. Kim S.-Y., Panagiotopoulos A.Z., Floriano M.A. Ternary oil–water–amphiphile systems: self-assembly and phase equilibria // Molecular Physics. 2002. Vol. 100, no. 14. P. 2213–2220. DOI: 10.1080/00268970210125331.

11. Deodhar S., Rohilla P., Manivannan M., Thampi S.P., Basavaraj M.G. Robust method to determine critical micelle concentration via spreading oil drops on surfactant solutions // Langmuir. 2020. Vol. 36, no. 28. Р. 8100–8110. DOI: 10.1021/acs.langmuir.0c00908.

12. Chang C.Y., Wang S.J., Liu I.J., Chiu Y.C. A simple method for determining the critical micellar concentration of a surfactant // Journal of the Chinese Chemical Society. 1987. Vol. 34, no. 3. Р. 243–246. DOI: 10.1002/jccs.198700037.

13. Paternina C.A., Londoño A.K., Rondon M., Mercado R., Muñoz S. Influence of salinity and hardness on the micellization of an extended surfactant studied by turbidimetry // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2019. Vol. 182. Р. 106300. DOI: 10.1016/j.petrol.2019.106300.

14. Peterson B., Marzzacco Ch. The effect of hydrocarbon chain length on the critical micelle concentration of cationic surfactants: an undergraduate physical chemistry experiment // The Chemical Educator. 2007. Vol. 12. Р. 80–84. DOI: 10.1333/s00897072009a.

15. Surfactants and colloids in the environment / eds M.J. Schwuger, F.H. Haegel Berlin – Heidelberg: Springer-Verlag, 1994. 182 р. DOI: 10.1007/BFb0115697.

16. Schreier Sh., Malheiros S.V.P., de Paula E. Surface active drugs: self-association and interaction with membranes and surfactants // Physicochemical and biological aspects, Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes. 2000. Vol. 1508, no. 1-2. P. 210–234. DOI: 10.1016/S0304-4157(00)00012-5.

17. Heerklotz H., Seelig J. Titration calorimetry of surfactant–membrane partitioning and membrane solubilization // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes. 2000. Vol. 1508, no. 1-2. P. 69–85. DOI: 10.1016/s0304-4157(00)00009-5.

18. Rigaud J.-L., Chami M., Lambert O., Levy D., Ranck J.-L. Use of detergents in two-dimensional crystallization of membrane proteins // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes. 2000. Vol. 1508, no. 1-2. P. 112–128. DOI: 10.1016/s0005-2736(00)00307-2.

19. Katritzky A.R., Pacureanu L.M., Slavov S.H., Dobchev D.A., Shah D.O., Karelson M. QSPR study of the first and second critical micelle concentrations of cationic surfactants // Computers & Chemical Engineering. 2009. Vol. 33, no. 1. P. 321–332. DOI: 10.1016/j.compchemeng.2008.09.011.

20. Karimi M.A., Mozaheb M.A., Hatefi-Mehrjardi A., Tavallali H., Attaran A.M., Shamsi R. A new simple method for determining the critical micelle concentration of surfactants using surface plasmon resonance of silver nanoparticles // Journal of Analytical Science and Technology. 2015. Vol. 6. P. 35. DOI: 10.1186/s40543-015-0077-y.