CC BY
86
УДК 628.543.5.665
ОТХОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ЛЬНА В КАЧЕСТВЕ СОРБЕНТОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ.
2. ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ГИДРОФОБНОСТЬ И НЕФТЕПОГЛОЩЕНИЕ
© И. Г. Шайхиев, С. В. Степанова*, С. В. Фридланд, Э.М. Хасаншина
Казанский государственный технологический университет Россия, Республика Татарстан, 420015 г. Казань, ул. К. Маркса, 58.
Тел.: +7 (843) 231 40 97.
E-mail: ssvkan@mail.ru
Исследовано влияние обработки льняной костры кислотами на поглощение нефти с водной поверхности. Показано возрастание сорбционной емкости модификатов льняной костры по отношению к нефти.
Ключевые слова: льняная костра, серная кислота, уксусная кислота, нефть, нефтепоглощение.
Нефть - ценнейшее сырье, без использования которого невозможна современная цивилизация. Участились разливы нефти при ее транспортировке по морю, рекам и железной дороге, а также при перевозке бензина автомобильным транспортом. Экологические катастрофы происходят при авариях нефтепроводов, когда на значительных пространствах загрязняются нефтью почва и водные источники. Серьезное влияние на экологическую ситуацию оказывают пожары и диверсии на трубопроводах и нефтехранилищах, а также пожары и аварии на нефтеперегонных заводах и предприятиях нефтехимии. Негативно влияют на экологию выбросы и сточные воды нефтеперерабатывающих предприятий и ТЭЦ, автохозяйств и бензозаправочных станций.
Попадание нефти и ее компонентов в окружающую среду (воздух, вода и почва) вызывает изменение физических, химических и биологических свойств и характеристик природной среды обитания, нарушает ход естественных биохимических процессов. В ходе трансформации углеводородов нефти могут образовываться стойкие к микробиологическому расщеплению еще более токсичные соединения, обладающие канцерогенными и мутагенными свойствами.
В нашей предыдущей работе [1] была показана возможность применения отхода от переработки льна - льняной костры в качестве эффективного сорбента нефти и нефтепродуктов, обладающей высокой нефтеемкостью.
Одним из способов повышения сорбционных характеристик сорбентов по отношению к нефти и продуктам ее переработки и улучшения гидрофобных свойств является модификация с использованием различных химических соединений [2-7].
С целью наиболее полного извлечения нефти с поверхности почвы и воды в данной работе предложено модифицирование льняной костры химическим путем.
В качестве реагентов для обработки поверхности льняной костры были выбраны 0.1 Н растворы серной и уксусной кислот. Было выбрано соотношение сорбент : раствор кислоты 1 : 20, время обработки костры названными кислотами составило 60 мин.
По истечении обработки, после сушки модификатов костры, были определены основные технические характеристики полученных сорбентов, приведенные в табл. 1. Соответственно, костра, обработанная серной кислотой, обозначена аббревиатурой ЛКСК, уксусной - ЛКУК.
Таблица 1
Параметры льняной костры и ее модификатов
Характеристика сорбента Наименование сорбента
ЛК ЛКСК ЛКУК
Суммарный объем пор, см3/г 4.041 3.124 3.347
Насыпная плотность, г/см3 0.105 0.066 0.061
Влажность, % 6.6 6.65 8.3
Зольность, % 0.23 0.27 0.17
Плавучесть, % 58.42 97.52 82.56
Для исследования сорбентов использовалась нефть девонского происхождения Тумутукского месторождения (Республика Татарстан), добытая НГДУ «Татнефтьгеология». Нефти девонских отложений являются легкими, средней вязкости и относятся к типу сернистых (класс II), парафини-стых, смолистых.
Для определения нефтеемкости сорбента и его модификатов в чашку Петри наливалось 50 г исследуемой нефти, далее сверху насыпался и притапли-вался образец сорбента в количестве 5 г. Через определенные промежутки времени, с помощью латунных сит с ячейкой 0.18 мм снимался исследуемый образец сорбента с поглощенным сорбатом.
Типичные кривые зависимости поглощения нефти от времени контакта и вида сорбента представлены на рис. 1._______________________________
ю
і -
О 5 10 15 20 25 30
Время, мин
♦ .ІІч'Січ ■ ЖУК ...................*..ЛК
Рис. 1. Зависимость нефтеемкости сорбентов от времени.
* автор, ответственный за переписку
608
раздел ХИМИЯ
Как видно из кривых, приведенных на рис. 1, наибольшее поглощение сорбата наблюдается в первые 10 мин взаимодействия сорбентов с нефтью. Дальнейшее увеличение времени контакта сорбата с сорбентами не приводит к существенному увеличению показателя Г, что можно объяснить заполнением пор сорбента и равенством значения скоростей процессов сорбции и десорбции. Значение нефтеемкости для ЛК составило 6.0 г/г, для ЛКСК - 8.8 г/г, для ЛКУК - 8.5 г/г.
Далее была исследована сорбционная способность в динамических условиях льняной костры и ее модификатов применительно к девонской нефти. Для этого 100 г нефти пропускались через неподвижный слой сорбента, набитого в колонку в количестве 5 г. В ходе эксперимента были получены данные по динамической нефтеемкости, представленные на рис. 2.
(-
А
5
§
з
<в
н
•©»
к
4 -3 2 1 0
МП
ЛК
ЛКСК
ЛКУК
Рис. 2 Нефтеемкость сорбентов в динамических условиях.
Анализируя данные нефтеемкости, представленные на рис. 2, можно отметить, что ЛКСК имеет самую высокую нефтеемкость, определенную в динамических условиях и составляющую 4.5 г/г. Для чистой льняной костры значение названного параметра составило 3.7 г/г, образец реагента, обработанный уксусной кислотой, имеет немного меньший показатель (4.4 г/г), чем костра, модифицированная И2804.
Особую проблему при проливах нефтей представляет удаление последней с поверхности воды. Поэтому далее в работе были исследованы сорбционные способности растительных сорбционных материалов при ликвидации аварийных разливов нефти на водных объектах.
При ликвидации нефтяных разливов сорбентами, кроме нефти, поглощается и вода. Поэтому при выборе адсорбента нужно обращать большое внимание на водопоглощение (рис. 3).
к
И
<и
В
о
ч
и
о
С
о
ч
о
со
Время, мин
лкск --»--лкук
Для определения нефтепоглощения с поверхности воды использовалась девонская нефть объемом 7 мл, налитая в чашку Петри на поверхность воды, и исследуемые модификаты костры массой 1 г. Толщина пленки нефти на поверхности воды составила 2 мм при проведении эксперимента в статических условиях (рис. 4).
^ мин ЛКСК ЛКУК
Рис. 4. Зависимость нефтепоглощения сорбентов от времени.
Проанализировав зависимость изменения емкости сорбентов от времени, следует вывод о том, что поглощение нефти с течением времени идет неравномерно, так как сорбция нефти происходит с поверхности воды. Полное насыщение сорбентов водой и нефтью наступает через 5 мин контактирования и суммарное значение водо- и нефтепогло-щения составило для ЛКСК 6.3 г/г, для ЛКУК -6.25 г/г, для ЛК - 5.8 г/г. Дальнейшее увеличение времени выдержки сорбционного материала не привело к сколь значимым изменениям исследуемого параметра.
После сорбции нефти с поверхности воды методом экстракции определялось остаточное содержание нефти в воде, и на основании этого получены гистограммы, представленные на рис. 5.
0Л2
0.07
0.02
-0.03
]||||||||Ц
І 1 5 10 20 30
I ЛКСК ЛКУК ЛК
А ЛК
Рис. 3. Зависимость водопоглощения сорбентов от времени.
Время, мин
Рис. 5. Остаточная концентрация нефти в воде.
Остаточное содержание нефти в воде уменьшается с увеличением времени выдержки сорбента. Очевидно, что химическая обработка костры реагентами способствует некоторому увеличению нефтепоглощения и уменьшению остаточной концентрации нефти в воде. Однако последняя даже после 30 мин от начала эксперимента превышает ПДК нефти в воде (0.3 мг/л).
Наименьшая остаточная концентрация нефти в воде, образовавшаяся на первом этапе очистки составила 0.044 г/л для образца реагента модифицированного И2804.
В связи с вышеизложенным, на следующем этапе работы исследовалась доочистка нефтезаг-рязненных вод фильтровально-сорбционным методом в динамических условиях. Для этого воду с исходной концентрацией нефти в воде 0.05 г/л в виде эмульсии пропускали через слой сорбента с высотой загрузки 5 см.
Из данных значений остаточной концентрации нефти в воде, приведенных в табл. 2, видно, что при одинаковых временах и объемах пропущенной воды через слой сорбента, с использованием моди-фикатов достигнуты более низкие значения искомого показателя. Данное обстоятельство, наряду с данными, приведенными на рис. 3, свидетельствуют о том, что химическая обработка льняной костры СН3С00Н и Н2804 приводит к некоторому увеличению нефтепоглощения и уменьшению водопо-глощения, т.е. приданию модификатам улучшенных гидрофобных свойств.
Таблица 2
Результаты фильтровально-сорбционной очистки воды при высоте загрузки 5 см
Высота укладки сорбента, см Время, мин Остаточная концентрация
ЛК ЛКСК ЛКУК
0 0.0500 0.0500 0.0500
30 0.0109 0.0030 0.0068
60 0.0089 0.0030 0.0062
90 0.0072 0.0028 0.006
120 0.0053 0.0015 0.0048
150 0.0053 0.0060 0.0033
Для каждого сорбционного материала был определен показатель качества сорбции по формуле:
Г ■ Р
П=
100 • В
где Г - нефтеемкость, г/г; Р - плавучесть, %; водопоглощение, г/г.
В -
Показатель качества для исследованных в работе сорбентов представлен в табл. 3.
Таблица 3
Показатель качества исследованных сорбентов
Сорбент
ЛК
ЛКСК ЛКУК
Показатель качества
0.78
0.93
0.80
Таким образом, сравнивая полученные экспериментальные значения льняной костры и ее моди-фикатов, можно сказать то, что обработка растительного отхода растворами химических реагентов приводит к улучшению сорбционных характеристик реагентов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шайхиев И. Г., Низамов Р. Х., Степанова С. В., Фрид-лацц С. В. // Вестн. Башкирск. ун-та. 2010. Т. 15. №1. С. 304-306.
2. Степанова С. В. Использование отходов растительного происхождения в качестве сорбентов нефти // Безопасность жизнедеятельности. 2010. №4. С. 28-31.
3. Броварова О. В. Применение сорбентов растительного происхождения в решении экологических проблем очистки сточных вод // Мат-лы I Северного социальноэкологического конгресса «Естественно-научные и технико-технологические проблемы Севера», Сыктывкар: изд-во КРАГСиУ, 2005. С. 19-24.
4. Кожокару К. Экспериментальные исследования по сбору нефти при использовании сорбирующих материалов. // Тезисы доклада 5 Междунар. конгресса по управлению отходами и природоохранными технологиями (Вайстэк-2007), М.: СИБИКО Инт, 2007. С. 481-482.
5. Хлесткин Р. Н. О ликвидации разливов нефти при помощи растительных отходов // Нефтяное хозяйство. 2000. №7. С. 84-85.
6. Патент 2311220 Российская Федерация, МПК7 В 01 Б 39/04, С 02 Б 1/28. Фильтрующий материал для очистки промышленных сточных вод / В. И. Васильев, П. В. Кази-лов, Е. А. Волощук, Н. А. Васильева. Заявитель и патентообладатель Южно-Уральский государственный университет. № 2006110281/15.
7. Собгайда Н. А. Использование отходов производства в качестве сорбентов нефтепродуктов // Экология и промышленность России. 2009. №1. С. 36-38.
Поступила в редакцию 23.12.2009 г.
