CC BY
24
УДК 502.7
ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИИ НЕФТЕПРОДУКТОВ ЗООГУМУСОМ НА ОСНОВЕ ЛИЧИНОК MUSCA DOMESTICA
Валерий Павлович Зайцев
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор химических наук, профессор кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-08-86, e-mail: kaf.ecolog@ssga.ru
Мария Викторовна Клименко
Сибирский государственный университет водного транспорта, 630099, Россия, г. Новосибирск, ул. Щетинкина, 33, инженер кафедры водных изысканий и экологии, тел. (383)211-11-67, e-mail: kvig@nsawt.ru
Предложен новый способ использования зоогумуса на основе личинок Musca Domestica в качестве сорбента для очистки воды от нефтепродуктов. Экспериментально полученные изотермы адсорбции дизельного топлива и машинного масла были промоделированы с помощью классических эмпирических уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха. Показано, что зо-огумус имеет наибольшую сорбционную активность по отношению к дизельному топливу, чем по отношению к машинному маслу.
Ключевые слова: нефтепродукты, сорбция, зоогумус, очистка.
INVESTIGATION OF OIL PRODUCTS SORPTION BY MUSCA DOMESTICA LARVAE-BASED ZOOHUMUS
Valerij P. Zaicev
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., D. Sc. in ^emistry, Prof. of Department of ecology and nature management, tel. (383)361-08-86, e-mail: kaf.ecolog@ssga.ru
Maria V. Klimenko
Siberian State University of Water Transport, 630099, Russia, Novosibirsk, 33 Schetinkina St., engineer of Department water research and ecology, tel. (383)211-11-67, e-mail: kvig@nsawt.ru
A new method of using Musca Domestica larvae-based zoohumus as a sorbent for water purification from oil products has been proposed. Experimentally obtained adsorption isotherms of diesel fuel and motor oil have been modeled using the classical empirical Langmuir-Freundlich equations. The article shows that zoohumus has the higher sorption activity in relation to diesel fuel compared to engine oil.
Key words: oil products, sorption, zoohumus, purification.
В последнее время для удаления нефти и нефтепродуктов в воде большое значение приобретают адсорбционные механизмы с применением различных сорбентов. Наиболее перспективными сорбентами для ликвидации нефтяных загрязнений являются природные и органические сорбенты. В связи с этим были исследованы возможности использования зоогумуса в качестве нового сор-
бирующего материала нефтепродуктов, полученного при обработке свиного навоза или куриного помета личинками Musca Domestica [1].
Экспериментальные исследования сорбционных свойств зоогумуса проводились на модельных растворах, насыщенных нефтепродуктами. В качестве нефтепродуктов использовались дизельное топливо марки ДТЛ-0,2-60
-5 "5
(р = 0,86 г/см ) и машинное масло марки М14В2 (р = 0,91 г/см ). Модельные растворы готовились путем перемешивания 1 мл нефтепродукта в 1 л дистиллированной воды. После перемешивания двухфазная система отстаивалась в течение суток, затем фазы разделялись и водный раствор, насыщенный нефтепродуктом, использовался для исследования сорбционных свойств зоогу-муса. Начальная концентрация дизельного топлива и машинного масла в воде составила 29,0 и 16,8 мг/дм соответственно.
Адсорбционное равновесие в системе «нефтесодержащая вода-сорбент» изучалось следующим образом. В исходные растворы добавлялся в различном количестве зоогумус, от 0,05 до 1 г, затем раствор перемешивался не менее 15 минут с помощью магнитной мешалки. После осаждения взвешенных частиц сорбента, полученные растворы анализировали на приборе КН-2 по аттестованной методике [2]. Все опыты проводили при комнатной температуре 20±2 °С.
Величина равновесной адсорбции рассчитывалась по формуле
Ар = (Со - С) • V/m, (1),
где Ар - емкость адсорбента, мг/г;
Со, С - начальная и равновесная концентрация концентрация нефтепродуктов в растворе соответственно, мг/л;
V - объем исследуемого раствора, л;
m - масса образца сорбента зоогумуса, г.
По результатам проведенной работы были построены изотермы адсорбции зоогумусом машинного масла и дизельного топлива, которые представлены на рис. 1.
Рис. 1. Изотермы адсорбции нефтепродуктов зоогумусом: 1 - дизельное топливо; 2 - машинное масло
Полученные изотермы адсорбции нефтепродуктов по классификации Гильса принадлежат к изотермам Ленгмюра [3]. Указанные изотермы по мере увеличения концентрации сорбируемого вещества стремятся к некоторому значению, соответствующему заполненному монослою нефтепродуктов на поверхности сорбента.
С учетом формы равновесных кривых были промоделированы экспериментальные результаты с использованием уравнения Ленгмюра
Ар = Ат1+к ь С С (2)'
имеющего вид в линейной форме
С 1 ^, (3),
Ар КЬ * Ат Ар
где Ат - адсорбционная емкость зоогумуса при насыщении, мг/г; Кь - константа сорбционного равновесия.
Линейная форма изотермы, представленная на рис. 2, позволяет получить постоянные параметры уравнения Ленгмюра (Ат и КД
Рис. 2. Изотермы адсорбции Ленгмюра в логарифмических координатах: 1 -
дизельное топливо; 2 - машинное масло
Экстраполяция прямой линии до оси ординат дает отрезок 1/Ат Кь, а тангенс угла наклона прямой tga = 1/Ат. Рассчитанные значения постоянных уравнения Ленгмюра приведены в таблице.
Для более полной оценки сорбционных свойств зоогумуса по отношению к нефтепродуктам изотермы адсорбции были проанализированы в соответствующих координатах линеаризации эмпирического уравнения Фрейндлиха [4]:
1
Ар = КР • Сп (4)
где Кр - константа равновесия уравнения Фрейндлиха, относящаяся к адсорбционной емкости; п - параметр, характеризующий кривизну изотермы в начальной области концентраций и указывающий на интенсивность взаимодействия адсорбент-адсорбат.
На рис. 3 представлены экспериментальные данные по адсорбции нефтепродуктов зоогумусом в координатах линейного уравнения
1ВА р = 1ВКР + 1С. (5)
О. < U)
1 Гг
/
I-i-i-i-i-э—1-1-i-i-
-2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2
ige
Рис. 3. Изотермы адсорбции Фрейндлиха в логарифмических координатах: 1 -
дизельное топливо; 2 - машинное масло
Видно, что экспериментальные точки адсорбции нефтепродуктов зоогуму-сом хорошо укладываются на прямые линии - это свидетельствует, что данное уравнение может быть использовано для нахождения параметров уравнения Фрейндлиха (Кр, п), которые приведены в таблице.
Параметры Кь, Кр, п позволяют сравнить активность сорбента по отношению к нефтепродуктам: чем больше параметры сорбционного равновесия, тем сильнее взаимодействие системы адсорбент - адсорбат. Из сравнения данных таблицы 1 можно сделать вывод, что зоогумус имеет наибольшую сорбцион-ную активность по отношению к дизельному топливу, чем по отношению к машинному маслу.
Таблица 1
Параметры уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха для статической сорбции
нефтепродуктов зоогумусом
Параметры уравнения Дизельное топливо Машинное масло
Уравнение Ленгмюра
Кь 0,72 0,50
А Ат 140 100
Я2 0,98 0,94
Уравнение Фрейндлиха
68,56 27,10
п 4,76 1,96
Я2* 0,958 0,994
-^--
- величина достоверной аппроксимации
Для каждой из представленных зависимостей после обработки были получены величины достоверной аппроксимации, которые приведены в таблице. Сравнение коэффициентов аппроксимации при линеаризации изотерм показывает, что высокая корреляция для моделей Ленгмюра и Фрейндлиха дает основания использовать эти теории для интерпретации равновесных данных по адсорбции нефтепродуктов. Вычисленные таким образом параметры уравнений позволяют найти уравнение адсорбции, по которому можно вычислить количество адсорбированных нефтепродуктов в равновесных условиях.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гудилин И.И., Кондратов А.Ф. и др. Биотехнология переработки органических отходов и экология / ред. И.И. Гудилина, А.Ф. Кондратова / Новосибирское книжное издательство. - 1999. - 393 с.
2. Лурье Ю.Ю., Рыбникова А.И. Химической анализ производственных сточных вод. -М.: Изд-во «Химия», 1974. - 336 с.
3. Парфит Г. Адсорбция из растворов на поверхности твердых тел: Пер. с англ./ Под ред. Г. Парфита, К. Рочерстера. - М.: Мир. 1986. - 488 с.
4. Фролов Ю.Г. Поверхностные явления и дисперсные системы / Ю.Г. Фролов - М.: Изд-во «Химия», 1982. - 400 с.
© В. П. Зайцев, М. В. Клименко, 2016
