CC BY
49
12.Addison P.S. The Illustrated Wavelet Transform Handbook. — IOP, 2002.13. Уэлстид С. Фракталы и вейвлеты для сжатия изображений в действии: Учеб. пособие. М.: Техносфера, 2003. 320 с.
13. Proof of Optimality of Huffman Codes. -University of Toronto: CSC373, 2009.
14. Эльшафеи М.А., Сидякин И.М., Харитонов С.В., Ворнычев Д.С. Исследование методов обратимого сжатия телеметрической информации // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Приборостроение», 2014. № 3. С. 92-104.
15. Ссылка PDF: версия 1.7 переносимого формата документа Adobe, шестой выпуск, Adobe Systems Incorporated, 2006.
16. Лукин Ф.А., Шахматов А.В., Мушовец К.В., Зеленков П.В. Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева, 2012. № 5 (45). С. 140-144.
17. Чье Ен Ун, Левенец А.В., Нильга В.В. Представление телемеханических данных однородными n-мерными структурами как предварительная обработка в задачах сжатия // Информационно-управляющие системы, 2011. № 6. С. 7-10.
18. Васильев А.М. Распределенные информационно-измерительные и управляющие системы с многоуровневым представлением сложных технических объектов c изменяющимися свойствами // Вестник Московского государственного университета приборостроения и информатики. Серия: Приборостроение и информационные технологии, 2014. № 50. С. 5-16.
19. Талалаев А.А., Тищенко И.П., Фраленко В.П., Хачумов В.М. Анализ эффективности применения искусственных нейронных сетей для решения задач распознавания, сжатия и прогнозирования // Искусственный интеллект и принятие решений, 2008. № 2. С. 24-33.
20. Anis Ibrahim Wael R., Morcos Medhat M. Novel data compression technique for power waveforms using adaptive fuzzy logic // IEEE Trans. Power. Deliv, 2005. Vol. 20. № 3. P. 2136-2143.
МОНТМОРИЛЛОНИТОВЫЕ СОРБЕНТЫ НЕФТЕПРОДУКТОВ 1 2 Корнев В.А. , Рыбаков Ю.Н. Email: [email protected]
1Корнев Виталий Анатольевич - кандидат химических наук, доцент, старший научный сотрудник; 2Рыбаков Юрий Николаевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник,
начальник отдела, 23 отдел,
Федеральное автономное учреждение 25 Государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны Российской Федерации, г. Москва
Аннотация: существует проблема периодического загрязнения окружающей среды нефтепродуктами. Показаны различия химического состава, структуры и сорбционных свойств бентонитов различных регионов. Выявлены сходства и различия минеральных монтмориллонит содержащих пород природного происхождения. В основе строения монтмориллонитовых глинистых минералов две структурные единицы: октаэдрическая сетка металлоксидов и сетка кремнекислородных тетраэдров. Продолжается поиск новых и совершенствование используемых сорбентов минеральной природы типа бентонита. Перспективно освоение бентонитов в качестве сорбентов пролива топлива и масел. Ключевые слова: минеральные порошкообразные сорбенты для нефтепродуктов, бентонит, химический состав, структура, монтмориллонит, адсорбционные свойства.
MONTMORILLINITE SORBENTS OF PETROLEUM PRODUCTS
1 2 Kornev V.A.1, Rybakov Ju.N.2
1Kornev Vitaly Anatol'evich - PhD in Chemistry, Associate Professor, Senior Researcher;
2Rybakov Jurij Nikolaevich - PhD in Technics, Senior Researcher, Head of Department,
DEPARTMENT № 23, FEDERAL AUTONOMOUS INSTITUTION 25 STATE RESEARCH INSTITUTE OF CHEMOMETOLOGY OF THE MINISTRY OF DEFENSE OF THE RUSSIONFEDERATION,
MOSCOW
Abstract: there is problem of environmental pollution loads by petroleum products. It's shown difference in chemical composition, structure and sorption properties of bentonite from different regions. Similarities and differences in mineral montmorillonite containing rocks of natural origin. In the basis of the structure of montmorillonite clay minerals there are two structural units: octahedral mesh of metal oxides and a network of silica-oxygen tetrahedral. The search continues for new and improving sorbents used mineral nature such as bentonite. Promising bentonite development as sorbent of fuels and oils. Keywords: mineral powdered sorbents for petroleum products, bentonite, chemical composition, structure, fullerene, montmorillonite, adsorbtion properties.
УДК 629.782:621.763
Известно большое количество разнообразных сорбентов нефтепродуктов. По принципу действия нефтяные сорбенты подразделяются на два основных класса: связывающие и адсорбирующие. Связывающие сорбенты образуют вязкую, клейкую массу, сложны при утилизации и пожароопасны. Адсорбирующие сорбенты собирают загрязнитель, удерживают на поверхности или в структуре и обеспечивают практически полное отсутствие десорбции. Минеральные сорбенты (бентониты, шунгиты и др.) относятся к классу адсорбирующих.
Различия в минеральном составе бентонитов и в структурных и кристаллохимических особенностях породообразующего монтмориллонита порождают различия и в физических свойствах бентонитов разных природных месторождений. При всех различиях именно монтмориллонит (Al2O3'4SiO2'H2O) является основой всех бентонитов.
Минерал монтмориллонит впервые был обнаружен в 30-х годах XX века в окрестностях города Монтмориллон, Франция, с чем и связано название минерала. Впоследствии выяснилось, что минералы монтмориллонитовой группы (смектилы) имеются и в других странах земного шара, а при содержании 85-90% и выше монтмориллонита обладают практически всеми свойствами наноразмерных частиц, чего нельзя сказать об этих же глинах с содержанием порядка 70-75% монтмориллонита. Породы, содержащие менее 70% монтмориллонита, принято считать монтмориллонит содержащими или бентонитоподобными [1, 2].
В основе строения монтмориллонитовых глинистых минералов две структурные единицы: октаэдрическая сетка металлоксидов и сетка кремнекислородных тетраэдров (рис. 1).
1 2
О - гидроксил; ^ - А1, и др. О - кислород; Ш - (кремний)
Рис. 1. Структурные единицы строения глинистых минералов на основе монтмориллонита 1 - октаэдрическая сетка; 2 - сетка кремнекислородных тетраэдров
В первой структуре атом алюминия, магния или железа равно удалены от шести атомов кислорода или гидроксилов. Во второй структуре в каждом тетраэдре атом кремния одинаково удален от четырех атомов кислорода. Переплетаясь сложным образом, обе структурные единицы образуют единую структуру монтмориллонита (рис. 2).
Как видно на рис. 2, в структуре монтмориллонита имеется межслоевое пространство, в котором сосредоточены обменные катионы, что является физической и физико-химической основой сорбционной активности бентонитовых глинистых пород [3 -6].
Рис. 2. Структура частиц монтмориллонитовой глины
Чем больше в породе монтмориллонита, тем выше ее дисперсность. В качестве примесей монтмориллонитовая структура содержит смешанные минералы и гидрослюду, каолинит, цеолиты, полевой шпат (табл. 1).
Таблица 1. Типичный минеральный состав бентонитов различного происхождения
Генетический тип Вид и содержание монтмориллонита, % Примеси
щелочной щелочноземельный каолини т гидрослюда смешанно- слойные образования
Гидротермально-метасоматический 85 - 5 5 5
Вулканогенно-осадочный - 65 5-15 5-10 5-10
Терригенно-и коллоидно-осадочный - 65 15 10 10
Элювиальный - 70 10 5 15
Из табл. 1 следует, что наименьшее содержание монтмориллонита у терригенно-колоидно-осадочной породы, также у вулканогенно-осадочной породы. Эти породы, строго говоря, следовало бы называть бентонитоподобными, а не бентонитами.
Плотность бентонитов изменяется составляет от 2,66 до 2,84 г/см3, постепенно увеличиваясь от гидротермально-метасоматических до элювиальных, что связано с увеличением содержания железа.
По гранулярному составу основная масса бентонитов в разных регионах состоит из мелкопелитовых (обломочных) частиц. Средневзвешенное содержание их постепенно уменьшается от бентонитов гидротермального к элювиальному типам (табл. 2).
Таблица 2. Физические свойства бентонитов
Генетический тип Содержание мелкопелитов, % Пористость, % Набухаемость, 1 х К, раз
Гидротермально-метасоматический 62 33 13
Вулканогенно-осадочный 57 34 8
Терригенно- и коллоидно-осадочный 50 32 6
Элювиальный 40 44 3
Так, более тонкодисперсными месторождениями с наибольшим содержанием мелкопеллитовых частиц являются гидротермальные или гидротермально -метасоматические, а наименьшим - элювиальные бентониты. Содержание предколлоидных и коллоидных частиц, в общем, подчеркивает отмеченную закономерность - уменьшение содержания их в бентонитах названных генетических типов. Наиболее качественные бентониты натриевого, щелочного и смешанного состава, по сравнению со щелочноземельными, содержат в 1,5 раза больше коллоидных частиц. Алевритовые зерна в среднем для всех типов бентонитов не превышают 15%, а песчаные - 4% массы породы. Это позволяет отнести бентониты к слабоалевритовым и тонкодисперсным природным материалам [7].
Пористость различных в генетическом отношении бентонитов неодинакова. Она отображает колебания гранулярного и минерального составов пород. Там, где больше содержится мелкопелитовых частиц, всегда больше породообразующего монтмориллонита и в соответствии с этим изменяется пористость (табл. 2). В рассматриваемом случае наибольшая пористость присуща элювиальным бентонитам. Близкими значениями пористости характеризуются осадочные и вулканогенно-осадочные бентониты. Гидротермальные бентониты обладают сопоставимой пористостью с осадочными бентонитами.
Важной характеристикой бентонитов является набухаемость, основанная на том, что кристаллическая решетка монтмориллонита проявляет способность к расширению в присутствии жидкости. Наибольшее значение набухаемости характерно для гидротермальных бентонитов, наименьшее для элювиальных (табл. 2). Набухаемость напрямую связана со способностью порошкообразного минерала поглощать жидкие среды, то есть сорбировать жидкие продукты.
Высокие емкостные и сорбционные свойства смектитов определяются очень большой дисперсностью и дефективностью структуры, увеличивающей эффект дисперсности за счет возрастания количества активных центров.
Монтмориллонит относится классу слоистых силикатов с расширяющейся структурной ячейкой и имеет первичные плоскопараллельные поры переменной толщины порядка 0,1 - 0,8 нм. Кристаллиты монтмориллонита характеризуются
вторичными мезопорами размером 7-30 нм. Конкретный размер этих пор зависит от вида сорбируемого вещества и условий сорбции.
Таким образом, минералы группы монтмориллонитов - бентониты представляют большой научный и практический интерес по их дальнейшему исследованию и практическому использованию с целью сбора проливов на территориях перекачивания и хранения нефтепродуктов [8].
Список литературы /References
1. Кирсанов Н.В., Ратеев М.А., Сабитов А.А. Генетические типы и закономерности распространения месторождений бентонитов в СССР // М.: Недра, 1981. 214 с.
2. Месяц С.П., Остапенко С.П. Изменение морфологии поверхности вермикулита для получения сорбентов нефти на его основе // Вестник МГТУ, 2009. Том 12. № 4. С. 747-750.
3. Корнев В.А., Рыбаков Ю.Н., Чириков С.И. Сравнительная оценка структуры частиц и адсорбционных свойств шунгита и бентонита // Вестник науки и образования, 2015. № 9 (11). С. 20-23.
4. Корнев В.А., Рыбаков Ю.Н. Минеральные порошкообразные сорбенты типа бентонита для устранения разливов жидких нефтепродуктов в зонах перекачивания и хранения топлива // Проблемы современной науки и образования, 2015. № 12 (42). С. 79-83.
5. Корнев В.А. Современные технические средства нефтепродуктообеспечения из полимерных материалов / В.А. Корнев, Ю.Н. Рыбаков // «Вопросы современной науки»: коллект. науч. монография [под ред. Н.Р. Красовской]. М.: Изд. Интернаука, 2015. Том 2. глава 2. С. 29-47.
6. Корнев В.А., Рыбаков Ю.Н. Природные минеральные сорбенты типа шунгита и бентонита для сбора проливов в зонах перекачивания и хранения нефтепродуктов // Сборник статей XLI Международной научно-практической конференции «Научная дискуссия: вопросы технических наук». М. Изд. «Интернаука», 2015. № 12 (30). С. 115-121.
7. Осипов В.И., Соколова В.Н., Румянцева Н.А. Микроструктура глинистых пород // М.: Недра, 1989. 211 с.
8. Корнев В.А., Рыбаков Ю.Н. Анализ структуры различных бентонитов и возможности их использования в качестве сорбентов нефтепродуктов // Проблемы современной науки и образования, 2016. № 1 (43). С. 84-87.
