CC BY
20
Обеспечение некоторых эксплуатационных свойств адсорбентов
для нефти и нефтепродуктов
Бобрышева С. Н., Журов М. М., ШингирейК. В.,
Гомельский инженерный институт МЧС Республики Беларусь, г. Гомель
Освоение природных ресурсов и применение их для очистки природных систем от загрязнений нефти и нефтепродуктов (далее НП) является актуальным. Принято выделять физические (механическое, радиоактивное, световое, шумовое, электромагнитное и тепловое), биологические (биотическое, микро- и макробиологическое) и химические загрязнения биосферы. Особый интерес вызывают загрязнения НП гидросферы, требующие оптимизации процесса ликвидации разливов НП на водных средах. Загрязнение воды НП происходит при добыче, транспортировке и переработке нефти, а также в результате стока сточных вод, загрязненных НП. [1-3].
Ликвидация аварийных разливов включает локализацию нефтяного пятна, сбор основной массы разлитой нефти с поверхности воды с последующей ликвидацией остаточной пленки [4]. Известны механические, физико-химические, химические, биохимические методы для очистки воды от НП. Из физико-химических методов большой интерес представляет адсорбция.
Беларусь обладает богатейшими залежами минеральных ископаемых и реальными возможностями их добычи и использования в качестве адсорбентов. Их адсорбционные свойства определяются в основном специфическим строением каркаса кристаллической решетки и развитой межфазной поверхностью. Указанные природные минералы, обладают высокоразвитой внутренней поверхностью, способностью к набуханию, а также устойчивостью к воздействию внешней среды. Этим требованиям соответствуют глины отечественных разработок месторождений Гомельской и Могилевской области, обладающие слоистой структурой породообразующего минерала, развитой удельной поверхностью и склонностью к принудительному диспергированию - глины бентонитового класса. К бентонитам относятся тонкодисперсные высокопластичные глины, основную роль в составе которых играет монтмориллонит. Способность монтмориллонита приобретать определенную степень дисперсности и склонность к принудительному диспергированию под действием внешних нагрузок позволяет представить глины как твердотельную матрицу с высокой возможностью модификации [5].
Для обеспечение эксплуатационных свойств адсорбентов проводят модификацию различными веществами, одной из целей которой может являться обеспечение основы порошка адсорбента гидрофобностью. Для гидрофобиза-ции адсорбентов применяются парафин, силиконовое или нефтяное масло, мо-ноалкиловые эфиры полиэтиленгликоля, высокомолекулярные соединения и др. Обработка материалов гидрофобизаторами осуществляется погружением в растворы или расплавы последних, распылением по поверхности с последую-
щим отверждением и т. п. Сам гидрофобизатор должен обладать хорошей адгезией к материалу, равномерно распределяясь и полностью покрывая его, не вымываясь при эксплуатации и не растворяясь в НП. Максимальный эффект достигается в результате подбора такого гидрофобизатора, применение которого позволяет исключить дополнительное введение в сорбент еще и активного вещества, обеспечивающего увеличение нефтеемкости полученного материала.
Авторами работы для обеспечение эксплуатационных свойств адсорбентов предложена модификация глины, предварительно активированной 10 % раствором серной кислоты при температуре 80 °С в течение 3-4 часов, обеспечивающая требуемую гидрофобность и дисперсность (удельную поверхность) адсорбента.
Химический состав отечественных месторождений (Белоруссия, Гомельская область) определяли на спектрометре эмиссионном с индуктивно-связанной плазмой серии iCAP 6000 (модель iCAP 6300 Radial - рис). Данный прибор предназначен для измерения содержаний различных элементов в растворах, продуктах питания, почвах, металлах и их сплавах и т. д. и применяются в заводских и научно-исследовательских лабораториях различных организаций, результаты исследований химического состава представлены в табл. 1.
Рис. ИПС-спектрометр iCAP 6300 Radial
Из табл. 1 видно, что бентонитовая глина относится к виду кальциевых, которые проявляют адсорбционные свойства лучше, чем натриевые. Различаются два вида бентонитовых глин - кальциевые и натриевые, причем сложная структура обоих видов различна. Типичные кальциевые бентониты обладают большими значениями порового пространства по сравнению с натриевыми образцами, поэтому для последних характерна менее выраженная способность к набуханию, а сам процесс замедлен [6]. Значит, максимальная влага набухания у естественных бентонитов, содержащих преимущественно двухвалентные ионы в обменном комплексе, всегда больше, чем у натриевых природных образцов, что хорошо согласуется с данными по гидрофильности катионозамещен-ных бентонитов. Кроме того, если бентониты содержат больше двухвалентных обменных катионов Са2+, Mg2+, они имеют большее количество активных центров на поверхности частиц, по которым осуществляется водородная связь дисперсной фазы с дисперсной средой. Если же в составе обменных катионов
преобладают одновалентные металлы, главным образом №-ионы, то у них проявляется в меньшей степени сорбционная активность поверхности. В связи с этим природные кальциевые бентониты являются лучшими сорбентами в сравнении с натриевыми, для которых наряду с малой каталитической активностью отмечается и термическая неустойчивость [6]. Поскольку скорость адсорбции на таких сорбентах зависит от скорости диффузии вещества в поры, то адсорбционное равновесие для мелкодисперсных адсорбентов-бентонитов устанавливается медленно [6].
Таблица 1
Химический состав бентонитовой глины (масс.%)
SiO2 CaO Al2O3 Fe2O3 MgO Др.
58 30,68 6,63 3,12 1,14 0,43
Анализ литературных данных показал, что улучшение каталитических и адсорбционных свойств алюмосиликатных глин возможно в результате перевода натриевого бентонита в кальциевые формы. Однако насыщение образцов природных глин кальциевым катионом требует строгого соблюдения определенных условий процесса, поэтому не всегда можно получить образцы заданного состава и не исключена вероятность образования сложных кальций-натриевых материалов [6].
Другим способом увеличения емкости обмена бентонитов является их механическая активация [6]. Для этого необходимо длительное истирание глин в шаровых мельницах, т. е. наличие дорогостоящего оборудования. Применение же тонкодисперсных адсорбционных материалов придает коллоидный характер очищаемой системе, что затрудняет в дальнейшем разделение осадков и жидкой части системы. Более перспективно кислотное активирование бентонитовых глин [6].
Для придания бентонитовой глине гидрофобности проводили модификацию глины с использованием отходов жировых производств (соапстоков) и нефти. Модификацию глины проводили с использованием следующего технологического приема: измельчение глины с применение планетарной мельницы совмещено с модификацией путем нанесения модификатора (промазывания) на стенки размольных стаканов, что одновременно увеличивает ее удельную поверхность. Так при размоле происходит образование новых активных поверхностей вещества (увеличивается удельная поверхность), а количество вводимого модификатора для придания глине необходимой гидрофобности (более 6 ч) составляет до 5 % при вводе соапстока и до 5 % при вводе нефти. Степень гид-рофобности полученного модифицированием адсорбента определялась путем сравнения гидрофобизированного образца с исходной глиной по величине вла-гопоглощения и водоотталкивания. Результаты испытаний сведены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты испытаний адсорбента на гидрофобность
Состав модификатора Влагопоглощение, % Водоотталкивание, ч
Без гидрофобизатора 3,26 Сразу впитывает влагу
5 % соапстоков 2,6 >6
5 % нефти 2,8 >6
Библиографический список
1. И. В. Вольф, Н. И. Ткаченко, Химия и микробиология природных и сточных вод, Изд-во ЛГУ, Ленинград, 1973.
2. А. Б. Горницкий, Л. М. Гурвич, О. Г. Миронов и др., Методы и средства борьбы с нефтяным загрязнением вод Мирового Океана, Гидрометеоиздат, Ленинград, 1989.
3. Д. Э. Паулсен, М. Норман, Д. Гетлиф, Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе, 10 (2003) 23.
4. О. С. Мочалова, Л. М. Гурвич, Н. М. Антонова, Защи-та окружающей среды в нефтегазовом комплексе, 3 (2004) 20.
5. А. И. Мальцев, Нанотехнологии: вчера, сегодня, завтра /Интеграл, № 5,2003, С. 23-28.
6. М. Т. Ошакбаев, Использование природных алюмосиликатных глин для очистки фосфорной кислоты // «Химический журнал Казахстана», № 1, Алматы 2009.
