Научная статья на тему 'НОВЫЕ СОРБЕНТЫ ИЗ ОТХОДОВ РАСТЕНИЕВОДСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ'

НОВЫЕ СОРБЕНТЫ ИЗ ОТХОДОВ РАСТЕНИЕВОДСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
221
45
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СОРБЦИЯ / РАСТИТЕЛЬНЫЕ ОТХОДЫ / ОЧИСТКА ВОДЫ / НЕФТЕПРОДУКТЫ

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Акинбаде Адешола Олубунми, Сомин Владимир Александрович, Комарова Л.Ф.

В работе рассмотрена возможность очистки воды от нефтепродуктов с использованием сырья, получаемого из отходов растениеводства в зонах субтропического и тропического климата. Для очистки наиболее трудноудаляемой растворенной нефти использован процесс сорбции. В качестве сорбентов выбраны отходы растительного происхождения, характерные для Нигерии: кожура апельсина, банана и ананаса, а также скорлупа кокосового ореха. Проведена химическая модификация выбранных материалов растворами гидроксида натрия и соляной кислоты. Изучена их статическая сорбционная емкость по отношению к фракции растворенных нефтепродуктов. Как показали результаты экспериментальных данных, для эффективной очистки воды от растворенных нефтепродуктов можно использовать кожуру банана, апельсина и скорлупу кокоса без предварительной модификации. Изотермы сорбции характеризуют большую силу взаимодействия между молекулами растворенных нефтепродуктов и поверхность сорбента, чем между этими же молекулами и растворителем. Изучен функциональный состав сорбентов методом ИК-спектрометрии, показавший в основном схожий функциональный состав материалов, который позволяет предположить склонность к адсорбции полярных фракций нефтепродуктов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Акинбаде Адешола Олубунми, Сомин Владимир Александрович, Комарова Л.Ф.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «НОВЫЕ СОРБЕНТЫ ИЗ ОТХОДОВ РАСТЕНИЕВОДСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ»

УДК 628.316.12

НОВЫЕ СОРБЕНТЫ ИЗ ОТХОДОВ РАСТЕНИЕВОДСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Акинбаде Адешола Олубунми, В.А. Сомин, Л.Ф. Комарова

В работе рассмотрена возможность очистки воды от нефтепродуктов с использованием сырья, получаемого из отходов растениеводства в зонах субтропического и тропического климата. Для очистки наиболее трудноудаляемой растворенной нефти использован процесс сорбции. В качестве сорбентов выбраны отходы растительного происхождения, характерные для Нигерии: кожура апельсина, банана и ананаса, а также скорлупа кокосового ореха. Проведена химическая модификация выбранных материалов растворами гидроксида натрия и соляной кислоты. Изучена их статическая сорбционная емкость по отношению к фракции растворенных нефтепродуктов. Как показали результаты экспериментальных данных, для эффективной очистки воды от растворенных нефтепродуктов можно использовать кожуру банана, апельсина и скорлупу кокоса без предварительной модификации. Изотермы сорбции характеризуют большую силу взаимодействия между молекулами растворенных нефтепродуктов и поверхность сорбента, чем между этими же молекулами и растворителем. Изучен функциональный состав сорбентов методом ИК-спектрометрии, показавший в основном схожий функциональный состав материалов, который позволяет предположить склонность к адсорбции полярных фракций нефтепродуктов.

Ключевые слова: сорбция, растительные отходы, очистка воды, нефтепродукты.

ВВЕДЕНИЕ

Нефтепродукты являются одними из наиболее распространенных загрязнителей окружающей среды, которые в большом количестве могут попадать с предприятий нефтедобычи и нефтепереработки. В результате в регионах, где расположены такие производства, они становятся постоянным источником техногенной опасности.

Нигерия является одним из крупнейших мировых экспортеров нефти, ее запасы входят в десятку нефтедобывающих стран мира. Первое нефтяное месторождение было открыто в 1958 году, что позволило значительно усилить экономику самой густонаселенной страны африканского континента.

Добытая нефть по сети трубопроводов транспортируется к побережью Гвинейского залива и далее через нефтеналивные терминалы отправляется на экспорт в европейские страны, имея преимущество перед государствами Персидского залива в расстоянии, а также в Индию.

Однако добыча нефти сопровождается значительным загрязнением поймы реки Нигер и побережья Атлантического океана в районе Гвинейского залива. Ситуацию также усугубляет нелегальная добыча, использование стареющего оборудования, сильная коррозия трубопроводов, низкое техническое

обслуживание, что приводит к частым авариям [1].

Утечки нефти оказывают сильное влияние на экосистему: гибель мангровых лесов, ухудшение условий выращивания зерновых культур вследствие загрязнения почвы, уничтожение аквакультуры. При попадании в водоемы, нефтепродукты приводят к гибели их флоры и фауны вследствие создания на поверхности воды плёнки, препятствующей нормальному газообмену с окружающей средой. Кроме того, компоненты нефтепродуктов представляют высокотоксичные соединения, усугубляющие последствия нефтяного загрязнения.

Нигерийская нефть классифицируется как «легкая», в основном свободная от серы и находится в нерастворенном, коллоидном и растворенном состоянии.

Удаление нерастворенных нефтепродуктов из воды в настоящее время достаточно хорошо технологически проработано, в то время как очистка от растворенных фракций представляет определенные трудности. Применяемые при этом методы зачастую мате-риало- и энергоемки, достаточно сложны в обслуживании, и как следствие дорогостоящи. Снижение стоимости очистки возможно за счет использования вторичного органического сырья, что позволит эффективно извлекать загрязнения из воды и одновременно утилизировать органические отходы.

В Нигерии для очистки нефтесодержа-щих вод можно использовать местные отходы потребления растительного происхождения, в частности, кожуру апельсина, банана и ананаса. Содержание мякоти в данных плодах составляет от 40% до 60%, а их кожура, имеющая высокопористую структуру, практически не используется, лишь небольшая ее часть перерабатывается для получения удобрений.

Увеличить эффективность очистки воды на материалах из органических отходов возможно проведением предварительной химической активации сырья. В частности, разработаны технологии получения сорбентов для удаления нефтепродуктов, основанные на использовании модифицированных кукурузных початков [2], травы тростника [3], абрикосовых косточек [4], скорлупы грецкого ореха [5], торфа [6]. В АлтГТУ им. И.И Ползунова в качестве сорбентов для очистки воды от различных загрязнений изучались различные отходы растениеводства: древесные опилки [7], лузга подсолнечника [8], гречихи [9] и другие [10].

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Нами изучалась возможность использования для удаления растворенных нефтепродуктов из воды материалов на основе кожуры банана, апельсина, ананаса и скорлупы кокоса. С целью увеличения сорбционной емкости была проведена химическая модификация сырья растворами гидроксида натрия и соляной кислоты. На полученных образцах была изучена сорбционная емкость по отношению к нефтепродуктам, анализ растворов на которые осуществлялся методом ИК-спектрометрии [11].

Первоначально изучалась статическая сорбционная емкость (А, мг/г) кожуры банана по отношению к растворенным нефтепродуктам, в качестве которых использовалась фракция с температурой кипения от 120°С до 180°С. В результате были построены изотермы сорбции, представленные на рисунке 1.

Как видно, обработка банановой кожуры раствором соляной кислоты приводит к незначительному снижению емкости (до 10,6 мг/г) по отношению к нативному материалу (14,4 мг/г), а раствор гидроксида натрия практически не изменяет сорбционную способность материала.

0 10 20 30 Ш

модификатор: СрпЬн.мг/л

-♦-нативн -ihNaOH HCl

Рисунок 1 - Изотермы сорбции нефтепродуктов на кожуре банана

Обработанная кожуры апельсина показала схожие результаты (рисунок 2): для на-тивной и обработанной гидроксидом натрия статическая емкость по нефтепродуктам составила 12 мг/г, а при обработке раствором соляной кислоты снизилась до 2 мг/г.

О 10 20 30 Ю 50 60 70

модификатор: С рП&Ц, т/Л

-♦-нативн -Ш-МаОН -*-НС1

Рисунок 2 - Изотермы сорбции нефтепродуктов на кожуре апельсина

В отличие от вышеуказанных, химическая активация кожуры ананаса и скорлупы кокоса не привела к увеличению емкости ни в одном случае (рисунки 3,4). При этом сорбция нефтепродуктов на ананасовой кожуре показала минимальную эффективность: статическая емкость не превысила 3,6 мг/г для нативного образца. Таким образом, обработка указанными растворами ананасового и кокосового сырья не представляется перспективной.

АКИНБАДЕ АДЕШОЛА ОЛУБУНМИ, В.А. СОМИН, Л.Ф. КОМАРОВА

Рисунок 3 - Изотермы сорбции нефтепродуктов на кожуре ананаса

модификатор: -нативн -И-NaOH -±-НС1

Рисунок 4 - Изотермы сорбции нефтепродуктов на скорлупе кокоса

Представленные на рисунках 1-4 изотермы можно отнести к типу S2 по классификации Гильса, что предполагает большую силу взаимодействия между адсорбированными молекулами растворенных нефтепродуктов и адсорбентом, чем между молекулами нефтепродуктов и водой. Само же взаимодействие обусловлено влиянием дисперсионных сил и образованием водородных связей. В структуре таких материалов преобладающими являются мезопоры.

Кроме наличия пор соответствующего размера, сорбционный процесс также определяется функциональным составом материала, для определения которого были сняты спектры поглощения инфракрасного излучения на фурье-спектрометре ФСМ 1201 в ИК-области от 400 до 5000 см-1. Спектры были сняты для скорлупы кокоса и кожуры апельсина.

Рисунок 5 - ИК-спектры нативной и модифицированной скорлупы кокоса

Рисунок 6 - ИК-спектры нативной и модифицированной кожуры апельсина

Как видно, в целом спектры цедры апельсина и скорлупы кокоса имеют схожий функциональный состав, за исключением некоторых групп: метильной, метиленовой, кар-бонатой, нитрозоаминной, сульфоксидной, содержащихся в скорлупе кокоса и отсутствующих в кожуре апельсина. Отмечено, что, пики соответствующие солям аммония и ацетатам, имеются только в цедре апельсина. Присутствие указанных групп в составе материалов позволяет предположить склонность к адсорбции полярных нефтепродуктов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты проведенных экспериментов показали, что для эффективной очистки воды от растворенных нефтепродуктов можно использовать кожуру банана, апельсина и скорлупу кокоса. Проведение химической модификации данного сырья растворами гидрок-сида натрия и соляной кислоты нецелесообразно.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Environmental fssessment of Ogoniland/ United Nations Environment Programme // Nairobi, Kenya. 2011. P. 260.

2. Овчинникова А. А. Исследование способов модификации свойств полисахаридных сорбентов /А.А. Овчинникова, А. В. Александрова //Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2011. №07(071). С. 720 - 737.

3. Уткина Е.Е. Использование сырьевых ресурсов региона для решения проблем загрязнения водных объектов нефтепродуктами / Е.Е. Уткина, В.Ф. Каблов, Н.У. Быкадоров // Фундаментальные исследования. 2011. №8. С. 406-409.

4. Долбня И. В. Сорбционный материал на основе абрикосовой косточки для очистки сточных вод от нефтепродуктов / И.В. Долбня, Е.А. Тата-ринцева, Л.Н. Ольшанская //Водоочистка. Водо-подготовка. Водоснабжение. 2015. №. 4. - С. 3237.

5. Темирханов Б. А. и др. Синтез высокоэффективных сорбентов из скорлупы грецкого ореха //Сорбционные и хроматографические процессы. 2012. Т. 12. - №. 6. - С. 1025-1032.

6. Сотиров М. Ф. и др. Способ модификации нефтеулавливающих сорбентов на основе натуральных органических материалов //Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. №. 12. 2011. С. 198-201.

7. Сомин В.А. Сорбенты из древесных отходов для удаления нефтепродуктов из воды / В.А.

Сомин, В.М. Осокин, Л.Ф. Комарова, О.В. Сухору-кова // Водоочистка.. №9. 2014. С. 21-26.

8. Сомин В.А. Сорбенты на основе лузги подсолнечника для очистки воды от соединений меди / В.А. Сомин, В.М. Осокин, Л.Ф. Комарова // Ползуновский вестник №3. 2014. С. 257-258.

9. Сомин В.А. Использование отходов растениеводства при очистке воды от соединений фенола / В.А. Сомин, С.А. Бетц, Л.Ф. Комарова // Вода, химия, экология. №4, 2016. С. 48-53.

10. Новые сорбционные материалы для очистки природных и сточных вод / В.А. Сомин, Л.Ф. Комарова // Монография. Барнаул: изд-во АлтГТУ, 2014. 212 с.

11. ГОСТ 51797-2001. Вода питьевая. Метод определения содержания нефтепродуктов. Введ.2002-07-01. М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2001. 15 с.

Акинбаде Адешола Олубунми - аспирант федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Алтайский государственный технический университет имени И.И. Ползунова», (3852) 24-55-19, htie@mail.ru

Сомин Владимир Александрович -доктор технических наук, профессор кафедры химической техники инженерной экологии института биотехнологий, пищевой и химической инженерии федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Алтайский государственный технический университет имени И.И. Ползунова», (3852) 2455-19, vladimir_somin@mail.ru

Комарова Лариса Федоровна - доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой химической техники и инженерной экологии федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Алтайский государственный технический университет имени И.И. Ползунова», (3852) 24-55-19, htie@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.