НОВЫЙ СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ СИЛИКАГЕЛЕЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ГИДРОФОБНОСТИ ИХ ПОВЕРХНОСТИ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 661.183.7 : 621.315.615.2 Курилкин А.А., Петров А.С., Нистратов А.В.

Курилкин А.А.

канд. техн. наук, старший преподаватель кафедры промышленной экологии Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

(г. Москва, Россия)

Петров А.С.

магистрант 1-го года обучения кафедры промышленной экологии Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

(г. Москва, Россия)

Нистратов А.В.

канд. техн. наук, доцент кафедры промышленной экологии Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

(г. Москва, Россия)

НОВЫЙ СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ

СИЛИКАГЕЛЕЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ГИДРОФОБНОСТИ ИХ ПОВЕРХНОСТИ

Аннотация: улучшение свойств силикагелей и сферы их применения является интересной и важной задачей для специалистов в области адсорбции газов и паров. Главным недостатком силикагелей является их высокая чувствительность даже к капельной влаге, присутствующей в промышленных выбросах. Устранить его можно, повысив гидрофобность поверхности адсорбента. Одним из решений может быть пропитка силикагелей продуктом нефтепереработки - трансформаторным маслом, активно используемым в промышленности. Проведённые исследования показали перспективность этого направления: достигнуты высокие показатели гидрофобности и прочности.

Ключевые слова: адсорбция, силикагели, модификация, трансформаторное масло, показатель гидрофобности, объём сорбирующих пор.

В предыдущей работе [1] авторами была высказана идея о необходимости модифицирования поверхности силикагелей с целью улучшения их физико-химических и эксплутационных свойств. Прежде всего, необходимо гидрофобизировать поверхность. Под понятием показателя гидрофобности авторы предлагают соотношение объёма сорбирующих пор по бензолу к объёму сорбирующих пор по воде при стандартной (комнатной) температуре (Уз сбнб / Уз нго). Объём сорбирующих пор по тестовому веществу i определяется по формуле 1:

^ = (1)

где G - масса навески с веществом, г, О0 - масса навески, г, pi - плотность 1-го вещества при комнатной температуре (рСбНб = 0,879 г/см3, рН20= 1 г/см3) [2].

Чем выше этот показатель, тем селективность по отношению к парам органических веществ будет больше, что важно при их поглощении реальных компонентов газовых выбросов с производств.

С другой стороны, известно, что одно из лидирующих мест по образованию отходов занимает нефтеперерабатывающая промышленность. Примерно 80 % отходов промышленности приходится на нефтедобычу и нефтепереработку [3]. Отходы эксплуатации нефтепродуктов представляют значительную угрозу окружающей среде, в частности, энергетические масла, используемые в трансформаторах. При разгерметизации оборудования возможны разливы, сопровождающиеся выделением большого количества опасных для окружающей среды веществ, образующихся в процессе эксплуатации: окислы органических веществ, продукты химических превращений, включая полихлорированные бифенилы и дифенилы [4, 5].

Трансформаторное масло (ТМ) - это очищенная фракция нефти. Получение происходит при температуре 300-400 °С в процессе перегонки. Возможно расширение интервалов температур кипения до 280-430 °С с целью выделения большего числа фракций. Состав зависит от происхождения нефти, ориентировочный состав представлен в табл. 1 [6]:

Таблица 1. Состав трансформаторного масла.

№ Вещества Содержание, %

1 Парафины 10-15

2 Нафтены и циклопарафины 60-70

3 Ароматические углеводороды 15-20

4 Асфальто-смолистые вещества 1-2

5 Сернистые соединения < 1

6 Азотистые соединения < 0,8

7 Нафтеновые кислоты < 0,02

8 Антиокислительная присадка < 0,2-0,5

Известно, что при получении трансформаторного масла, на этапе доочистки продукта, используют как глины, так и силикагели. Использование силикагелей в качестве сорбентов обуславливается их гидрофильностью, что позволяет получать на выходе масло с минимальными влагосодержанием в совокупности с остальными методами подготовки [6, 7]. Зачастую отработанные сорбенты отправляются на утилизацию или захораниваются, не находя дальнейшего применения.

В данной статье авторы рассматривают использование отработанного трансформаторного масла (ТМ) путём введения в силикагель марки КСКГ -смешение в разных соотношениях (2:1, 1:1, 1:2) в течение одной недели - перед его пиролизом как один из возможных способов улучшения свойств адсорбента.

Термообработка образцов в плотно закрытом тигле происходила в муфельной печи. Параметры пиролиза:

- Скорость нагрева - 10 °^мин,

- Конечная температура - 425-500 °С,

- Время выдержки - 30 мин.

На рис. 1 представлены этапы синтеза сорбента: Рис. 1а - пропитка КСКГ трансформаторным маслом, рис. 1б - КСКГ, пропитанный трансформаторным маслом, рис. 1в - КСКГ после пиролиза.

а б в

Рис. 1. Синтез модифицированного сорбента.

Предварительные испытания для лучшего образца - с соотношением КСКГ: ТМ = 2:1 - дали показатель гидрофобности (Vз сбнб / Уз н2о) равный 3,79, т.е. потенциально пары бензола будут примерно в четыре раза поглощаться лучше, чем пары воды (для чистого силикагеля этот показатель меньше единицы). При этом сохраняются высокие механические свойства: прочность при истирании составляет не менее 96 % [8], что делает перспективным использования предложенной технологии модифицирования для получения высококачественных силикагелей.

Следующим этапом работы будет являться испытание полученных образцов модифицированного сорбента в изучении кинетики процесса адсорбции.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Курилкин А.А., Скрыпкин К.И., Нистратов А.В. Модифицирование силикагелей продуктами пиролиза растительного сырья как способ улучшения их свойств // Вестник науки, 2024. - №9 (78), том 4. - с. 514-520. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://w.вестник-науки.рф/artide/17438 (дата обращения: 23.09.2024 г.);

2. Колышкин Д.А., Михайлова К.К. Активные угли. Свойства и методы испытаний. Справочник. - Л.: Химия, 1972. - 56 с;

3. Ахметшин М. Р. Снижение концентраций оксидов серы и азота при горении отходов нефтедобычи и нефтепереработки в составе композиционных жидких топлив: дисс. На соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. - Томск: Томский политехнический университет, 2023. -137 с.;

4. Соколова Н.Р. Государственное регулирование обращения с отходами отработанных масел // Экологический вестник. Железнодорожный транспорт. -№ 9. - 2015. - с. 65-67;

5. Трофименко, А.В. Мониторинг чрезвычайных ситуаций техногенного характера на предприятиях павлодарской области // Вестник инновационного евразийского университета. - 2012. - № 1. - с. 102-104;

6. Липштейн Р. А., Шахнович М. И. Трансформаторное масло. - 3-е изд., перераб. И доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 296 с;

7. Михеев Г.М. Трансформаторное масло: учеб. Пособие. - Чебоксары: Изд-во Чувашского университета, 2003. - 148 с;

8. ГОСТ 16188-70. Сорбенты. Метод определения прочности при истирании

Kurilkin A.A., Petrov A.S., Nistratov A. V.

Kurilkin A.A.

Mendeleev University of Chemical Technology of Russia

(Moscow, Russia)

Petrov A.S.

Mendeleev University of Chemical Technology of Russia

(Moscow, Russia)

Nistratov A.V.

Mendeleev University of Chemical Technology of Russia

(Moscow, Russia)

NEW METHOD FOR MODIFYING SILICA GELS TO INCREASE HYDROPHOBICITY OF THEIR SURFACE

Abstract: improving the properties of silica gels and their scope of application is an interesting and important task for specialists in the field of adsorption of gases and vapors. The main disadvantage of silica gels is their high sensitivity even to droplet moisture present in industrial emissions. It can be eliminated by increasing the hydrophobicity of the adsorbent surface. One of the solutions may be the impregnation of silica gels with an oil refining product - transformer oil, which is actively used in industry. The conducted studies have shown the prospects of this direction: high indicators of hydrophobicity and abrasion resistance have been achieved.

Keywords: adsorption, silica gels, modification, transformer oil, hydrophobicity index, volume of sorbing pores.