CC BY
241
Иванова М. А.
Аспирант
ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» (ФГБОУ
ВПО «КНИТУ») Институт полимеров Кафедра ТСК г. Казань
СОРБЕНТ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ РАЗЛИВОВ НЕФТИ НА ОСНОВЕ ПЕНОПОЛИУРЕТАНА И
ОТХОДОВ ПЕНОПОЛИСТИРОЛА
Аннотация: в работе представлены исследования по испытанию на нефтеемкость сорбента, полученного на основе пенополиуретана и отходов пенополистирола.
Ключевые слова: сорбент, нефтепродукты, пенополиуретан, пенополистирол.
Ivanova M. A.
Kazan National Research Technological University (KNRTU)
SORBENT OF POLY URETHANE FOAM AND POLYSTYRENE FOAM S SECOND RUNNINGS
Annotation: this paper presents investigation about probation poly urethane foam and polystyrene foam's second runnings sorbent's oil capacity.
Key words: sorbent, oil-products, poly urethane foam, polystyrene foam.
Введение
Республика Татарстан относится к числу важнейших минерально -сырьевых регионов Российской Федерации. Основным полезным ископаемым является нефть. На территории РТ находятся мощные нефтедобывающий и нефтехимический комплексы, которые являются основными источниками загрязнения окружающей среды нефтепродуктами. Также по территории республики протекают Волга, Кама и другие реки, которые в настоящее время испытывают техногенное воздействие вследствие большого количества вредных выбросов таких гигантов химической индустрии, как ОАО «Нижнекамскнефтехим», ОАО «Нижнекамскшина», ОАО «Казанский завод синтетического каучука», ОАО «Казанский завод органического синтеза» и так далее.
Нефтепродукты попадают в природную среду в результате аварийных разливов в системах перекачки и транспортировки, на нефтяных терминалах и нефтебазах, в хранилищах нефтепродуктов, на автозаправочных комплексах и станциях, а также со сточными водами предприятий. Нефть наносит большой вред всем видам живых организмов, а вода приобретает токсические свойства, запах, меняет цвет, рН и вязкость. Разливы нефтехимпродуктов наносят существенный ущерб окружающей среде, поэтому вопрос снижения техногенной нагрузки на водные объекты стоит весьма остро [1].
Ниже представлена схема ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на водной поверхности.
Одним из ключевых этапов этой схемы является сорбенты, виды и типы которых насчитывают несколько десятков. Наиболее приемлемы в данной ситуации следует считать пористые материалы, к которым относится ранее разработанный сорбент ГРИНСОРБ на основе пенополиуретанов и отходов сельскохозяйственных производств [2, с. 49]. Кроме основной функции - ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов, сорбент ГРИНСОРБ является подходящим носителем для иммобилизации микроорганизмов, деградирующих поглощенные продукты [3, с. 184].
Эластичная природа и открытопористость сорбента ГРИНСОРБ позволяет проводить регенерацию поглощенного продукта как методом отжатия, так и центрифугирования с последующим возвращением сорбента (до 4 циклов) для ликвидации разливов [4-7].
Для сохранения плавучести сорбента в сатурированном состоянии необходимо использовать смесь компонентов А (эластичного и жесткого). Полученный на такой смеси сорбент обладает высокой нефтеемкостью ~16г/г за счет эластичной составляющей и сохраняет плавучесть за счет жесткой закрытопористой составляющей. Это несколько усложняет технологию его производства. Поэтому была предпринята попытка использовать высокую поглощающую способность эластичного пенополиуретана, сохраняя его плавучесть за счет использования вышедших из эксплуатации изделий из пенополистирола.
Отходы пенополистирола - это вышедший из эксплуатации упаковочный материала (упаковка для бытовой техники, видео- / аудиоаппаратуры, еды и т. д.). Проблема их утилизации стоит очень остро, так как громадные его количества, окружающие нас повсюду, наносят урон экологии окружающей среды. По этой причине необходимо решать проблему его утилизации.
Целью настоящего исследования явилось обоснование возможности использования сорбента, полученного на основе эластичного и полуэластичного пенополиуретана и отходов пенополистирола, в качестве нефтепоглощающего материала.
Экспериментальная часть
Объектом исследования служил сорбент, полученный на основе эластичного пенополиуретана, наполненный отработанным пенополистиролом. Такой наполнитель является общедоступным и дешевым.
Вспененный полистирол (ВПС, EPS) - это специальным способом вспененный пластик, содержащий мельчайшие пузырьки воздуха, который получают из гранул особых марок путем нагрева сырья паром в специальных формах. Для получения сорбента были использованы измельченные отходы пенополистирола (упаковка для бытовой техники, видео-аудиоаппаратуры) в виде крошки фракций 2-3 и 4-5 мм. Использование вспененного полистирола в качестве наполнителя сорбента на основе пенополиуретана обусловлено его следующими свойствами:
- низка плотность;
- высокая степень прочности;
- пористость;
- термостойкость;
- безопасность в использовании;
- соответствие санитарным и гигиеническим нормам;
- способность амортизации.
Для получения сорбента были использованы компонент А для эластичного пенополиуретана, компонент Б для жесткого пенополиуретана и 10 %-ное по массе наполнение отходами пенополистирола в виде крошки с фракциями 2-3 и 4-5 мм.
Меньшее содержание наполнителя-отхода нецелесообразно, так как не существенно снижает стоимость сорбента. Содержание отхода-наполнителя более 10 % масс приводит к снижению его поглощающей способности.
Получение нефтяного сорбента на основе пенополиуретана и пенополистирола проводилось путём смешения компонента А для эластичного пенополиуретана, наполненного отходами пенополистирола, и компонента Б для получения жесткого пенополиуретана. На рис. 1 проиллюстрирована принципиальная технологическая схема получения нефтяного сорбента.
Так как ликвидация разливов сверхвязкой нефти представляет самую большую трудность, то определение нефтеемкости сорбента проводилось на нефти Ромашкинского месторождения, показатели которой приведены в таблице 1.
Для определения нефтемкости сорбента в пластиковую форму вносили в определенном количестве нефть. Нефтеемкость определяли по разности масс насыщенного и исходного сорбента через 15, 30, 60, 90, 120 и 150 минут его пребывания в нефти.
Результаты и обсуждение
Технологические параметры вспенивания приведены в таблице 2.
Видно, что «время старта» пены для сорбента с мелким наполнителем наступает раньше, чем для сорбента с размером крошки 4-5 мм. Аналогична зависимость и для показателя «время подъема» пены. Высокие временные параметры пены по сравнению с традиционными для пенополиуретанов обусловлены присутствием в композиции наполнителя.
Рис. 1. Технологическая блок - схема получения нефтяного сорбента на основе пенополиуретана и отходов пенополистирола
Таблица 1. Характеристика нефти
Наименование показателя Единицы измерения Показатель
Температура нефти при условиях измерений объёма °С 81.7
Давление нефти при условиях измерений объёма МПа 0.0
Плотность нефти при температуре и давлении при условиях измерений объёма кг/м3 922.8
Плотность нефти при 20 °С кг/м3 962.5
Плотность нефти при 15 °С Кг/м3 965.7
Массовая доля воды % 0.30
Массовая концентрация хлористых солей мг/дм3 5.9
Массовая доля механических примесей % 0.0066
Массовая доля серы % 4.50
Давление насыщенных паров кПа (мм рт. ст.) 41.1(308)
Массовая доля сероводорода млн-1 (ррт) 0.0
Массовая доля метил- и этилмеркаптанов в сумме млн-1 (ррт) 0.00
Массовая доля органических хлоридов, млн-1 (ррт) млн-1 (ррт) 0.60
Кинематическая вязкость при 20 °С мм2/с 3090.60
Таблица 2. Технологические параметры вспенивания сорбента
Показатели Условный диаметр крошки сорбента, мм
2-3 4-5
Время старта, с 30 30
Время подъема, с 100 130
Кажущаяся плотность, г/см3 0,03551 0,03842
2.
Фотографии пенополистирола и полученного сорбента при 100-кратном увеличением приведены на рис.
Пенополистирол Сорбент
5 *. I у. •'
Видно, что существует явная граница раздела фаз пенополиуретан - полистирол. Однако ввиду того, что пенополиуретан обладает высокими адгезионными показателями, прочность шва пенополиуретан -полистирол высокая.
Сорбент, наполненный крошкой пенополистирола с условным диаметром 2-3 мм, обладает более высокой скоростью поглощения нефти по сравнению с сорбентом условным диаметром 4-5 мм. При этом во временных условиях испытания нефтеемкость сорбента с более мелким наполнителем составляет 6,7 г/г по сравнению с более крупным наполнителем, нефтеемкость которого 5,1 г/г.
Как видно из данных рис. 3 значительное количество нефти сорбируется в первые 15-20 минут, далее скорость сорбции снижается. Экспозиция образцов в течение времени больше, чем 2 часа нецелесообразна, так как кривая сорбции выходит на плато.
Таким образом, установлено, что сорбент с использованием наполнителя-отхода пенополистирола проявляет достаточно высокие сорбционные свойства. При этом дополнительно решается проблема квалифицированного использования отработанных изделий из пенополистирола. Так как сорбент является эластичным открытопористым пенополиуретаном, то возможна регенерация поглощенной нефти путем отжима и центрифугирования с последующим его многоратным использованием.
Рис. 3. Влияние времени поглощения нефти полуэластичным сорбентом на основе пенополиуретана и пенополистирола на процент поглощенной нефти
Полученный сорбент может применяться:
- для сбора жидких нефтепродуктов и органических веществ при ликвидации аварийных разливов;
- для очистки водных акваторий, грунта, сырой нефти, тяжелых и легких сортов топлива, растительных, животных и минеральных масел, органических растворителей.
Выводы
Разработан сорбент для ликвидации разливов нефти на основе пенополиуретана и отработанных изделий из пенополистирола с поглощающей способность 5-7 г/г. Более эффективным является сорбент с 10 % масс. наполнением пенополистирола в виде крошки с условным диаметром 2-3 мм. Благодаря наличию в структуре сорбента закрытопористого пенополистирола сорбент обладает высокой плавучестью и высокой скоростью сорбции ~15 минут.
Список литературы
1. Гальблауб О. А. Очистка водных сред от нефтепродуктов модифицированным отходом переработки ячменя: дисс. к. т. н. казан. гос. технол. ун-т / О. А. Гальблауб. - Казань. - 2013. - 125 с.
2. Чикина Н. С. Обеспечение экологической безопасности при разливах углеводородов с помощью сорбента на основе пенополиуретана и шелухи гречихи / Н. С. Чикина, А. В. Мухамедшин, Л. А. Зенитова // Безопасность жизнедеятельности. - 2008. - № . 9. - С. 49-53.
3. Чикина Н. С. Снижение экологической нагрузки от разливов нефти и нефтепродуктов с помощью сорбента на основе пенополиуретана и отходов зерновых культур / Н. С. Чикина, А. В. Мухамедшин, А. В. Анкудинова, Л. А. Зенитова, А. С. Сироткин, А. В. Гарабаджиу // Вестник Казанского технологического университета. - 2009. - № 6. - С. 184-192.
4. Иванова М. А. Регенерация поглощенных продуктов сорбентом ППУ-ОЗК / М. А. Иванова, Р. Т. Муртазина, Н. С. Чикина, В. В. Янов, Л. А. Зенитова // Бутлеровские сообщения. - 2011. - Т. 28. - № 20. - С. 89-93.
5. Иванова М. А. Центрифугирование как способ регенерации поглощённой нефти сорбентом «ГРИНСОРБ» / М. А. Иванова, Р. Т. Муртазина, Л. А. Зенитова // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - Т. 15. - № 21. - С. 127-129.
6. Иванова М. А. Ликвидация нефтяных загрязнений / М. А. Иванова, Н. С. Чикина, Л. А. Зенитова // Бутлеровские сообщения. - 2012. - Т. 29. - № 3. - С. 1-12.
7. Иванова М. А. Сорбент «OILFORMSORB» для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов / М. А. Иванова, Л. А. Зенитова, Н. С. Чикина, Муртазина Р. Т., Янов В. В. // Современные проблемы безопасности жизнедеятельности: теория и практика. Материалы II Международной научно-практической конференции. -Часть II. - 2011.
