CC BY
10
УДК 66.092-977
Лебедева Т.А., Касаткин Е.М., Чередниченко А.Г.
ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИИ МОТОРНОГО МАСЛА НАТУРАЛЬНЫМИ И СИНТЕТИЧЕСКИМИ ПОЛИМЕРНЫМИ ВОЛОКНАМИ
Лебедева Татьяна Александровна - бакалавр кафедры Физической и коллоидной химии РУДН, Россия, Москва Касаткин Евгений Михайлович - аспирант кафедры Физической и коллоидной химии РУДН, Россия, Москва Чередниченко Александр Генрихович - д.х.н., заведующий кафедрой Физической и коллоидной химии РУДН, Россия, Москва
Российский университет дружбы народов (РУДН), Москва, Россия 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.6. *e-mail: sorbotek@yandex.ru
В ходе проведенных исследований была изучена поглощающая способность различных типов натуральных и синтетических полимерных волокон по отношению к образцам моторных масел марки «Лукойл». Наибольшие значения сорбционной емкости 46-47 г/г были получены для овечьей шерсти и полипропиленовых волокон. На основании полученных результатов разработана концепция изготовления прототипа нетканого полимерного сорбента для очистки воды от нефтепродуктов. Показана возможность его регенерации путем механического отжима для повторного использования.
Ключевые слова: волокнистые сорбенты, нетканые материалы, сорбция нефтепродуктов
STUDY OF MOTOR OIL SORPTION BY NATURAL AND SYNTHETIC POLYMER FIBERS
Lebedeva Tatyana Aleksandrovna, Kasatkin Evgeny Mikhaylovich, Cherednichenko Aleksandr Genrikhovich Peoples' Friendship University of Russia, 6 Miklukho-Maklaya Street, Moscow, 117198, Russian Federation
The absorption capacity of various natural and synthetic polymer fibers has been studied. Results of sorption capacity of 46-47 g/g were obtained for sheep wool and polypropylene fibers. The possibility of sorbent regeneration has been shown.
Key words: fibrous sorbents, nonwoven materials, sorption of petroleum products
В связи с интенсивной техногенной деятельностью человека в природе сложилась достаточно сложная экологическая ситуация, требующая принятия срочных решений. Нефтепродукты являются одними из наиболее распространенных антропогенных загрязнителей, попадающих в окружающую среду, как правило, в результате техногенных аварий, сброса неочищенных нефтесодержащих сточных вод и при неорганизованном отводе ливневого и талого стоков с территорий, загрязненных различными нефтепродуктами [1]. Существует целый ряд технологических решений, позволяющих не только добиться существенного уменьшения содержания нефтепродуктов в сточных водах, но и решить задачу создания замкнутых водооборотных циклов с глубокой очисткой объектов до норм питьевого значения, которые имеют строгие требования [2]. Для этого часто используют сочетание нескольких методов очистки, рассчитанных на предварительную и финишную обработку загрязненной нефтепродуктами воды.
В современных технологиях очистки воды практический интерес представляют различные полимерные волокнистые сорбенты [3-4]. Они обладают высокой сорбционной емкостью по нефтепродуктам различного состава, способны к регенерации и успешно используются на стадии предварительной очистки. Волокнистые материалы используют, как правило, в виде конструкций, состоящих из совокупности отдельных волокон.
Структура волокнистых композиций определяется как функциями, которые конкретная композиция должна выполнять при эксплуатации, так и свойствами исходных волокон (их прочностью, характером поверхности, формой и химическим составом полимерного материала). Существенную роль при разработке нового сорбционного материала играют экономические факторы, обусловленные конкретной технологией получения волокнистого материала [4].
Экспериментальная часть
Эксперименты по исследованию сорбционных свойств синтетических полимерных и натуральных волокон проводились с использованием материалов, применяемых для изготовления реальных нетканых материалов методом термокрепления. Объектами изучения были: полиэфирное силиколизированное волокно 0,33 текс (ПСК 0,33); верблюжья шерсть; полиэфирное волокно 0,14 текс (ПЭ 0,14); модифицированное полиакрилонитрильное волокно (модакр); вискоза; овечья шерсть;
полипропиленовое волокно 0,33 текс (ПП 0,33); полиэфирное несиликолизированное волокно 0,33 текс (ПНСК 0,33). В качестве нефтепродуктов использовались моторные масла марки: Лукойл 5W-40 (р = 861кг/м3); Лукойл 10W-40 (р = 878кг/м3); Лукойл 15W-40 (р = 889кг/м3). Измерения
осуществляли весовым методом условиях при Микроскопические
в статических температуре 25±1 оС. исследования образцов
проводили на стереоскопическом микроскопе Stereo Discovery V.12 (производство фирмы «Zeiss», Германия) с установленным на него фотоаппаратом Canon EOS 450D. Во время эксперимента производили съемку контролируемой поверхности образца в исходном состоянии и после сорбции минерального масла (рис. 1). Опыты по сорбции моторного масла проводились для каждого типа волокон и моторного масла трижды. Полученные средние значения приведены в табл. 1 и 2.
Обсуждение результатов Проведенные с использованием оптического микроскопа исследования показали, что все образцы волокон имеют беспорядочную структуру с различными вариантами переплетения отдельных нитей. При рассмотрении волокон естественного происхождения (верблюжьей и овечьей шерсти)
хорошо видно, что толщина и форма отдельных нитей сильно отличаются. При этом полимерные волокна имеют стандартные размеры и форму в соответствии с указанными для определенной марки волокна параметрами. Практически у всех типов волокон после контакта с моторным маслом наблюдалась его сорбция не только на внешней поверхности материала, но и в местах пересечения отдельных нитей (узлах). У модифицированного полиакрилонитрильного волокна преимущественно наблюдается удерживание масла на переплетении нескольких нитей. Из микрофотографий (рис. 1) видно, что волокна овечьей шерсти удерживают моторное масло как в узлах, так и на самих нитях в виде пленки, показывая высокую сорбционную емкость по данному нефтепродукту.
д
Рис. 6. Микрофотографии волокон под оптическим микроскопом: овечья шерсть без масла (а) и с маслом (б); полипропиленовое волокно 0,33 текс без масла (в) и с маслом (г); полиэфирное силиконизированное волокно 0,33 текс
без масла (д) и с маслом (е)
б
а
в
г
е
Таблица. 1. Среднее значение количества поглощенного моторного масла волокном
Тип образца Наименование образца Тип моторного масла Среднее количество адсорбируемого масла, г/г
5W-40 28,1
Вискоза 10W-40 29,0
15W-40 32,6
Модифицированное 5W-40 21,2
полиакрилонитрильное 10W-40 26,2
волокно 15W-40 24,5
5W-40 32,0
Верблюжья шерсть 10W-40 38,2
15W-40 42,5
5W-40 20,9
ПСК 0,33 10W-40 24,0
Полимерное волокно 15W-40 26,1
5W-40 16,2
ПНСК 0,33 10W-40 18,4
15W-40 24,2
5W-40 37,0
ПП 0,33 10W-40 46,2
15W-40 47,3
5W-40 21,2
ПЭ 0,14 10W-40 33,1
15W-40 25,2
5W-40 40,0
Овечья шерсть 10W-40 44,1
15W-40 46,0
Таблица. 2. Среднее количество удерживаемого масла после однократного отжима волокна
Тип образца Наименование образца Тип моторного масла Среднее количество удерживаемого масла после однократного отжима, г/г
5W-40 4,0
Вискоза 10W-40 4,1
15W-40 4,2
Модифицированное 5W-40 3,1
полиакрилонитрильное 10W-40 3,3
волокно 15W-40 4,0
5W-40 4,1
Верблюжья шерсть 10W-40 5,1
15W-40 5,4
5W-40 3,2
ПСК 0,33 10W-40 4,0
Полимерное волокно 15W-40 6,1
5W-40 3,0
ПНСК 0,33 10W-40 4,1
15W-40 5,0
5W-40 4,2
ПП 0,33 10W-40 5,5
15W-40 5,8
5W-40 2,1
ПЭ 0,14 10W-40 3,2
15W-40 3,4
5W-40 7,0
Овечья шерсть 10W-40 7,5
15W-40 7,6
Из полученных результатов видно, что при увеличении плотности и вязкости моторного масла увеличивается его поглощение всеми типами использованных волокон. При этом из приведенных натуральных волокон лучше всего поглощает моторное масло овечья шерсть, а среди полимерных синтетических волокон наилучшие результаты показало полипропиленовое волокно, которое имеет высокую гидрофобность. Наименьшую
поглощающую способность на моторных маслах марки «Лукойл» проявили модифицированное полиакрилонитрильное волокно, полиэфирное несиликолизированное волокно и полиэфирное волокно. Остаточное количество моторного масла после механического отжима волокон практически для всех образцов (кроме овечьей шерсти) составило 4±1 г/г (табл.2). Эти результаты показывают возможность регенерации сорбента путем механического отжима для дальнейшего повторного использования.
Оценивая технические и экономические показатели в рамках одной технологии формирования нетканого сорбционного материала следует ориентироваться на максимальное использование в смесевой полимерной композиции полипропиленового волокна с возможным добавлением овечьей шерсти (около 5 % мас.) для
увеличения сорбционных характеристик
производимого материала.
Выводы
В ходе проведенных исследований была изучена поглощающая способность различных типов натуральных и синтетических волокон по отношению к образцам моторных масел. Наибольшие значения сорбционной емкости получены для овечьей шерсти и полипропиленовых волокон. На основании полученных результатов разработана концепция изготовления прототипа нетканого полимерного сорбента для очистки воды от нефтепродуктов. Показана возможность его регенерации путем механического отжима масла для повторного использования.
Литература
1. Б.Н. Фрог, А.Г. Первов. Водоподготовка М.: АСВ, 2015. 512 с.
2. Ю.Л. Воробьев, В.А. Акимов, Ю.И. Соколов. Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов. М.: Иноктаво, 2005. 368 с.;
3. Ю.А. Лейкин. Физико-химические основы синтеза полимерных сорбентов. М.: БИНОМ, 2015. 416 с.
4. М.Ю. Трещалин. Анализ структуры и свойств нетканых материалов. М.: БОС, 2016. 192 с.
