МАГНіТНі РіДИНИ. ОЧИЩЕННЯ ВОД ВіД НАФТОПРОДУКТіВ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

■а о

У робот1 представлена методика синтезу мелкодисперсного магнетиту, проведет дослгдження його структури й магттних характеристик. Розглянуто споЫб одержання магттних ргдин (МР), дослгджено характер взаемоди гх компонентов { залежтсть основних власти-востей МР в1д них. Запропонована технологична схема очищення води в1д нафтопродуктгв методом електромагттног фшьтраци

Ключовг слова: синтез, магнетит, магн1тн1 ргдини (МР), нафтопродук-ти

□-□

В работе представлена методика синтеза мелкодисперсного магнетита, проведены исследования его структуры и магнитных характеристик. Рассмотрены способ получения магнитных жидкостей (МГ), исследован характер взаимодействия их компонентов и зависимость основных свойств МР от них. Предложеная технологическая схема очистки воды от нефтепродуктов методом электромагнитной фильтрации

Ключевые слова: синтез, магнетит, магнитные жидкости (МР), нефтепродукты

■о о

УДК 546.72 + 544.226 +574

МАГН1ТН1 Р1ДИНИ. ОЧИЩЕННЯ ВОД В1Д НАФТОПРОДУКТ1В

I. В. Цихановська

Кандидат хiмiчних наук, доцент* Контактний тел.: (057) 733-79-94

A. Ю. Ден исова Майстер виробничого навчання

Кафедра технологи харчовоТ промисловосл** Контактний тел.: 066-362-90-40 E-mail: 19nastyfa4ka19@mail.ru £. Я . Л е в i т i н

Доктор фармацевтичних наук, професор, завщувач кафедри

Кафедра неоргаычноТ xiMiT Нацюнальний фармацевтичний ушверситет вул. Блюхера, 4, Хармв, УкраТна, 61002 Контактний тел.: (057) 67-92-07 E-mail: neorganic@ukrfa.kharkov.ua М . Г. I л юха

Доктор техшчних наук, професор, завщувач кафедри* Контактний тел.: (057) 7337994

B. П. Ti мофссва Старший науковий пра^вник, старший викладач,

кандидат техычних наук* Контактний тел.: (057) 7337994 О. В. Александров Кандидат хiмiчних наук, доцент* Контактний тел.: (057) 733-79-94 З. В. Барсова Асистент*

Контактний тел.: (057) 733-79-94, 050-400-40-18 E-mail: zoya_barsova@mail.ru *Кафедра хiмiT, нефтеоргашческого синтезу та хiмiчних технолопй **УкраТнська шженерно-педагопчна академiя вул. Ушверситетська, 16, м. Хармв, УкраТна, 61003

1. Вступ

Магштт рщини (МР) знаходять застосування для розв'язку широкого спектра технолопчних завдань [1]. Одше! з областей застосування МР е використання 1х для очищення вод, забруднених нафтопродуктами методом електромагттного фшьтрування.

Застосовуват для розв'язку даного технолопчного завдання МР, являють собою коло'1дну систему, у якiй дисперсшним середовищем служить органiчний розчинник, а дисперсною фазою е твердий магнетит (Fe3O4). СтабШзащя системи досягаеться за рахунок введення до складу МР поверхнево-активних речовин.

2.Мета роботи

Розробка способу очищення вод вщ нафтопродукпв.

3. Експериментальт дослiдження

Основним компонентом МР е мелкодисперсный магнетит, що володiе задовшьними магнiтним характеристиками. З метою одержання магнетиту до-статньому ступеня дисперсност нами був використа-ний метод осадження Fe3O4 з водяного розчину, що мктить солi 2 -х i 3-х валентного залiза.

© I.

с

I ^ I

г.<.

Для одержання продукту, що вщповщае по вщносному зм1сту 1он1в Fe2+ 1 Fe3+ сполуц1 магнетиту попередньо був розрахований матер1альний баланс реакцп:

2Feaз6H2O+FeSO47 Н20+8Ж3Н20^ ^еА+^НО^О,, +6ЫН4С1+23Н20

Синтез зд1йснювався шляхом поступового до-датка до розчину, що м1стить надлишок FeCl3x6H2O 1 FeSO4x7H2O розчину NH3xH2O при постшшм перем1шуванн1. Отриманий у даних умовах осад чорного кольору вщповщае сполущ FeO.Fe2O3 мае феромагн1тн1 властивосп 1 являе собою ферит типу штнел1 (магнетит).

Анал1з сполуки й магштних властивостей от-риманого продукту дозволяе пдабрати оптимальне сп1вв1дношення кшькостей 1он1в двох- 1 тривалентного зал1за у вих1дному розчин1, яке склало 1:1,8. Надлишок юшв Fe2+, у пор1внянт з1 стех1ометр1чним, викликаний, 1мов1рно, частковим окисненням останн1х, що поглина-ються з пов1тря киснем [2]. Максимальний вихщ продукту склав 95,3%.

Результати рентгенофазового дослщження свщчать про те, що зразки отриманого магнетиту е однофазни-ми й м1стять т1льки фазу Fe3O4. Параметр реш1тки для ще! фази е зменшеним 1 становить 8,355А ( за л1тературним даними вш пом1тно вище й для р1зних зразк1в магнетиту становить 8,39-8,40А) [3]. Причиною може бути дефектшсть структури: за результатами, проведених нами розрахунюв, октаедричн1 порожнеч1 в ц1й шп1нел1 зайнят1 тшьки на 87%. На рентгенограм1 спостер1гаеться розширення л1н1й, ви-кликане як дисперсшстю зразка, так 1 наявшстю в ньо-му м1кронапруг. Останш, швидше за все, обумовлен1 саме дефектшстю структури. Розм1р кристалит1в становить 80 - 120А.

Отримаш дан1 дозволяють затверджувати, що синтезований магнетит випдно в1др1зняеться в1д магнетипв, синтезованих 1ншими авторами [4], вщсутшстю надлишку у^е2О3. Однак розм1р часток, отриманого магнетиту трохи бшьше, шж в1дпов1дн1 па-раметри речовини, отриманого авторами (~70А).

Основною характеристикою феромагштних матер1ал1в е намагн1чен1сть насичення

На рис. 2. наведена залежшсть намагн1ченост1 р1зних зразк1в магнетиту вщ прикладеного зовн1шнього магн1тного поля.

З рис. 2. випливае, що значення намагшченосп насичення порошку природного Fe3O4 - 350 Гс 1 синтетичного - 340 Гс р1зняться не бшьше шж на 3%. Не-зважаючи на зменшення намагшченосп насичення порошкового матер1алу в пор1внянт з монокристал1чним на 30%, вона досить велика, що свщчить про його придатшсть для використання як компонента МР.

Для визначення зм1сту парамагшгних 1он1в Fe3+ був використаний метод ЕПР-спектроскопп. Спектр отриманий у сантиметровому д1апазош довжин хвиль 1 являе собою одиночну широку безструктурну лшш (ширина лшп на нашввисоп АН»850Е), з g-фактором, близьким до значення g«2.2, характерним для юшв 3d-елементiв перюдично! системи. Спектр ЕПР обу-мовлений наявнiстю в зразку юшв залiза, що перебува-ють у парамагнiтному станi, вщповщному до iона Fe3+ .

Концентрацiя цих iонiв ( 65% щодо загально! кiлькостi iонiв Fe у зразку). Форма лшп е слабко асиметричною з меншою крутiстю й бшьшою пiвшириною в областi ви-соких магнiтних полiв. Така форма е характерною для полщисперсних зразюв. Спектр ЕПР отриманий на спектрометрi електронного парамагнiтного резонансу Jes-me-3x ^ЕОЦ).

4. Приготування МР

У якост дисперсiйного середовища був обраний гас, як легкодоступна недорога речовина, що добре розчиняе нафтопродукти рiзно! сполуки.

Одержання МР здшснювалося шляхом iнтенсивного перемiшування при слабюм нагрiваннi протягом 30 хв. сумМ розчинника, магнетиту й стабШзатора суспензп. У якостi стабiлiзаторiв були апробоват олеiнова кислота, солi олешово! кислоти, сире талове масло, сумш нафтенових кислот.

З метою встановлення характеру взаемодп компонентiв МР один з одним були дослщжет 1К-спектри магнетиту, одного з найбшьш ефективних стабiлiзаторiв суспензй (олешово! кислоти) i готово! магшгно! р1дини.

1К-спектри були отриманi на спектрофотометрi ,^ресой" в областi 4000-400см-1. Зразки готувалися за стандартною методикою: для твердофазних матер iалiв -таблетки КВг зi змiстом досл1джуваного речовини 2мг на 100г, для р1дких - рщина, помiщена мiж пластинками КВг.

У спектрi поглинання магнетиту спостертаеться iнтенсивна смуга поглинання при 646 см-1 з перегином при 624 см-1 характерна для Fe-O зв'язку. Наявтсть широко! смуги середньо! штенсивносп при ~3400 см-1, що характеризуе валентш коливання О-Н зв'язку пояснюеться наявшстю залишково! вологи в зразку магнетиту.

Смуги поглинання в IК-спектрi олешово! кислоти обумовлеш наявнiстю в !! молекулах г1дроксильних груп (область 2950 - 2800 см-1), карбоншьному зв'язку (1645див-1), а також зв'язки С=С (iнтенсивна смуга при 1650 см-1).

В IК-спектрi гасу спостерiгаються смуги поглинання в областях 1464-1456 i 1380см-1, що свщчать про наявтсть СН2-груп, i смуга поглинання в обласп 2956-2924 см-1, що е наслщком спiльного поглинання СН2 i СН3 -груп.

Спектр поглинання МР являе собою суперпозищю спектрiв !! складових частин. Лiнiя поглинання Fe-O зв'язку при цьому не перетерплюе поминих змiн.

Порiвняльний аналiз спектрiв поглинання МР i !! складових частин дозволяе зробити висновок про вiдсутнiсть хiмiчноl взаемодп мiж компонентами МР. Таким чином, утворення МР являе собою процес дис-пергування з наступною стабШзащею коло!дних часток молекулами ПАР. Цей висновок дозволяе зробити припущення про збереження частками магнетиту, що входять до складу МР, магштних властивостей, харак-терних для компактного кристалiчного стану.

Вибiр оптимально! сполуки МР зажадав дослщження залежност !х властивостей вщ типу за-стосовуваного ПАР й вщ спiввiдношення концентрацiй магнетит: ПАР. У якосп основних критерпв ощнки

якост МР були обрат 1хнш седиментацшна стiйкiсть i намагнiченiсть насичення.

Таблиця 1

Седиментацшна стшюсть i магштж характеристики МР при використаннi рiзних ПАР-стабiлiзаторiв

Дисперсшне середовище Гас

ПАР Олеат кал1ю Оле1нова кислота Олеат амошю Талов ол1я Нафте- нов1 кислоти

Масова частка магнетиту, % 4,0 4,2 4,3 4,2 3,8

Вщносна седиментац1йна ст1йк1сть, % 120 100 102,5 85 91

Js, Гс 9,9 8,8 9,3 5,4 8,1

Седиментацiйна стiйкiсть зразкiв МР дослщжувалася методом центрифугування. Зраз-ки МР мютилися в мiрнi пробiрки й центрифугува-лись в полi 6000g протягом одше1 години. Вщносна седиментацiйна стiйкiсть розраховувалася вiдносно МР стабШзовано! олешовоТ кислотою.

Намагнiченiсть насичення визначалася методом, описаним в [5].

Результати дослщження цих параметрiв МР стабiлiзованих рiзними ПАР представлено в таблиц 1.

Отриман данi св1дчать про те, що оптимальна комбiнацiя стiйкостi й намагшченосп насичення досягаеться у випадку використання як стабШзатора МР калiевоl солi олешовоТ кислоти.

У робот також була дослiджена залежнiсть намагшченост насичення МР вiд масового стввщношення магнетит: ПАР. Як видно з табл. 2, цей параметр виявляе досить ктотний вплив на магштш характеристики МР. Залежшсть Js=f(n) носить екстре-мальний характер, досягаючи максимуму при п=1,1. Очевидно саме таке стввщношення магнетит: ПАР повинне дотримуватися в процес синтезу МР.

Таблиця 2

Намагшчешсть насичення МР при рiзних масових спiввiдношеннях магнетиту: ПАР (1:п)

п 0,8 0,9 1 1,1 1,2

Js, Гс 2,1 6,7 9,6 9,9 5,6

Намагнiченiсть насичення МР пропорцшно збiльшуеться зi збiльшенням змiсту в нш магнетиту. Пiдвищуючи концентрацiю останнього можна досяг-тися намагнiченостi насичення МР 30Гс.

З метою дослщження впливу iонiзуючих випромiнювань на властивост МР, зразки МР були тддаш впливу електромагнiтних полiв рентгенiвського дiапазону. Опромiнення проводило-ся в полi гальмового рентгенiвського випромiнювання на виходi iмпульсного прискорювача електронiв. Па-раметри випромшювання: струм iмпульсу 1,8 кА, напруга 0,35 кВ, тривалiсть iмпульсу 810-6с. Опромiнення проводилося десятьома iмпульсами.

Порiвняння IЧ-Спектрiв МР до й тсля опромiнення показала вiдсутнiсть поминих змiн сполуки МР.

Пiдводячи тдсумок досл1дження основних вла-стивостей МР можна зробити висновок про те, що найкращими технолопчними характеристиками мають МР стабiлiзованi олеатом калш. Однак при промисловiм виробництвi МР можливе використання iнших стабiлiзаторiв суспензп. Застосування то'1 або шшо'1 ПАР, а також вибiр оптимально'' концентрацп магнетиту повиннi визначатися економiчною доцiльнiстю. При синтезi МР необхщно дотримувати певно'1 пропорцп мiж вмятом магнетиту й ПАР, по-рушення яко'1 приводить до iстотного попршення магнiтних характеристик МР. МР розглянутих спо-лук можуть експлуатуватися в умовах пщвищено! радiацil.

Очищення вод вщ нафтопродуктiв

Технологiчний процес очищення води складаеться iз двох основних стадш:

I. Введення в забруднену воду МР. Цей процес може здшснюватися об'емним або поверхневим способом. При об'емному способi вода, що метить нафтопродукти, подаеться в нижню частину апа-рата, постаченого роторною мшалкою. Туди ж при штенсивному перемiшуваннi вводиться розрахун-кова кшьюсть МР. Отримана сумiш видаляеться з верхньо! частини апарата. Процес вщбуваеться безупинно. Об'ем апарата може варшватися вiд 1 до 5 м3. При цьому його продуктивнiсть становить 0,52,5 м3/хв вiдповiдно. Поверхневий спомб полягае в подачi МР у поверхневий шар забруднено! води, що рухаеться по каналу, через перфорований колек-тор, розташований перпендикулярно руху води. Цей спомб е технологiчно й економiчно бiльш кращим, однак, об'емний спомб дозволяе досягати бiльш гли-бокого ступеня очищення.

На першш стадп вiдбуваеться розчинення нафтопродукпв у МР, яке забезпечуеться 1хньою спорiдненiстю з рiдиною-носiем (гас) i утворення системи, що мкстить двi фази - водну й магштну органiчну. Витрата МР варшеться залежно в1д ступеня забруднення води й становить 100-150 кг МР на тонну нафтопродуктiв, що втримуються у водi [6].

II. Вщдшення магштноТ оргашчно1 фази. Здшснюеться при пропущеннi емульсп, що утворю-вався на першiй стадп, через багатополюсний маг-нитосборник у яюм у сильно неоднорiднiм магнiтнiм полi вiдбуваеться вiддiлення крапель магштноТ оргашчно1 фази. Вiддiленi нафтопродукти збира-ються в емностЬнакопичувач1 Для вiддiлення до 50кг нафтопродукпв у годину потрiбна установка з потужнiстю електромагнiту 0,5 кВт.

При витрат води, що очищаеться, 100 м3/год i вихщшм забрудненнi 250 мг/л рiвень забруднення тсля магнитосборника знижуеться 15-17 мг/л, що в чотири рази нижче, чим на виходi з типовоТ нафтопаст-ки (60-70 мг/л) [7].

Подальше очищення води проводиться на вугшьних фшьтрах тонкого очищення, що дозволяють понизити змкт нафтопродуктiв до рiвня ПДК (0,3-0,05 мг/л).

Вщпрацьована МР може бути регенерована методом магнитоуправляемоТ зворотньоосмотично1 регенерацп.

Система апарапв магниторщинного очищення може бути стацюнарно! або мобiльно! й застосовуватися в складi очисних споруджень ТЕЦ, нафтопереробних заводiв, нафтових термiналiв i акватор1й портiв. Вона може бути використана на великих автотранспор-тних шдприемствах, складах нафтопродукт1в, у мiсцях аварш, викидiв, а також монтуватися на танкерах для локального очищення й лжвщацп розливш нафти.

5.Висновки

Запропоновано технологш очищення вод в1д нафтопродукпв з використанням магнiтноï р1дини. Дослщженш рiзнi склади магнiтних рiдин. Показано можливють використання магнетиту в якост дисперсно! фази магнiтноï рщини.

Лiтература

1. Розенцвейг, Р. Феррогидродинамика [Текст] / Р. Розенцвейг. - М.: Мир. 1989. - 356с.

2. Блум, 6.Я. Магнита рщини [Текст] / Блум 6.Я., Майор1в М.М., Цеберс

3. А.О. - Клуня: Зинатне. 1989. - 386с.

4. Бозорт, Р. Феромагнетизм [Текст] : пер. с англ. - Кондорского Е.1., Л1вшиця Б.Г. М.: Иностр. л1тер.1956. - 784с.

5. Черкасова, О.Г. Неоргашчш матер1али [Текст] / Черкасова, О.Г., Хар1тонов Ю.Я., Гукасян С.Е. АН: СРСР., №4. 1991. - 770 с.

6. Левтн, 6.Я. Синтез, досл1дження сполуки й властивостей др1бнодисперсного м1дьм1сткого ферита [Текст] / Левтн, 6.Я., Александров О.В., Онопр1енко Т.О., Цихановська 1.В., Коваль А.О. // Сх1дноевропейський журнал передових технологш. -2003. - №7. - С.76-78.

7. Застосування магштних рщин для видалення нафтопродукт1в i3 природних i ст1чних вод. Сборн. докл. М1жнародного кон-гресу. Еколопя, технологiя, економiка водопостачання й канашзацп [Текст] / Кафтанiв А.З., Слепцов В.Г., Оноприенко Т.А. и др. Ялта. 1997. -112-113 с.

8. Ро!в, Г.А., Очищення спчних вод i вторинне використання нафтопродукив [Текст] / Ро!в, Г.А., Юфин В.О. М: Надра. 1987. - 224с.

Abstract

The main component of the magnetic fluidis fine magnetite, which corresponds to the magnetic characteristics. To obtain adequate dispersion of magnetite we used deposition method magnetite from aqueous solution containing salts of two or ferric iron. The magnetite was investigated by X-ray diffraction analysis and electron paramagnetic resonance spectroscopy. The article is devoted to methods of small dispersal of magnetite, the study of the structure and magnetic characteristics. The article describes a method of obtaining magnetic fluids, the interaction of their components and the dependence of the magnetic properties of the liquid from them. The paper proposes the scheme of technological water from oil by electromagnetic filtration

Keywords: chemistry, oil, magnetic fluid, magnetite, ferric iron, technological water

-□ □-

В статт1 представлено вивчення альтернативних маршрутов безпеч-ного та надшного транспортування радюактивних вгдходгв на комплекс «Вектор» та ПЗРВ «Бурякгвка»

Ключовг слова: радюактивт вгдходи, комплекс «Вектор», ПЗРВ «Бурятвка», Чорнобильська зона

вгдчуження

□-□

В статье представлено изучение альтернативных маршрутов безопасной и надежной транспортировки радиоактивных отходов на площадку «Вектор» и на объект захоронения РАО в ПЗРО «Буряковка»

Ключевые слова: радиоактивные отходы, комплекс «Вектор», ПЗРО «Буряковка», Чернобыльская зона

отчуждения -□ □-

УДК 621.039.7

ТРАНСПОРТИРОВКА РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НА ПЛОЩАДКУ КОМПЛЕКСА "ВЕКТОР" И ПЗРО "БУРЯКОВКА"

В. В. Зае ц

Кафедра атомных электрических станций и инженерной теплофизики Национальный технический университет Украины "Киевский

политехнический институт" пр. Победы, 37, г. Киев, Украина, 03056 Контактный тел.: 093-244-35-22 E-mail: vasyl.zaiets@yandex.ru

© В .