CC BY
67
Надараиа К.В.
Научный руководитель - Голохваст К.С.
СРАВНЕНИЕ СОРБЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦЕОЛИТОВ РАЗЛИЧНЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ
В настоящее время перед человечеством как никогда остро стоит проблема загрязнения окружающей среды. Одними из самых серьезных загрязнителей являются нефть и нефтепродукты. В 1954 году в Лондоне была проведена конференция, посвященная проблеме предотвращения загрязнения морей и океанов нефтью и нефтепродуктами. В 1972 году была принята конвенция по предотвращению загрязнения моря сбросами отходов и других материалов, в том числе и нефтепродуктов. В данной конвенции на сегодняшний день участвуют более 50 государств, в число которых входит и Российская Федерация. Но, несмотря на применяемые меры, проблема загрязнения окружающей среды нефтью все еще остается одной из основных экологических проблем, что требует поиска новых способов ликвидации нефтяных разливов и усовершенствования старых. Одним из эффективнейших способов ликвидации является использование в качестве нефтяных сорбентов цеолитов.
Цеолиты являются кристаллическими водными алюмосиликатами, содержащими в качестве катионов элементы 1 и II групп (цеолиты такого состава образуются в природе, кроме того, их легко можно синтезировать) периодической системы, в частности натрий, калий, магний, кальций, стронций, барий. Цеолиты относятся к группе каркасных алюмосиликатов, бесконечный алюмосиликатный каркас которых образуется при сочленении через общие вершины тетраэдров оксида алюминия (IV) и оксида кремния (IV).
Первоначально объяснение физических и химических свойств цеолитов основывалось на отрывочных сведеньях об их структуре. Но благодаря исследованиям, проведенным за последние несколько десятилетий, получена обширная информация о кристаллической структуре свыше 35 различных видов цеолитов.
Поскольку цеолиты обладают упорядоченной системой внутренних пор, адсорбция на них описывается изотермой I типа по классификации Брунауэра или изотермой Ленгмюра. Адсорбция на цеолитах происходит с заполнением всего объема полостей. В промышленных процессах разделения цеолиты используются в виде таблеток, содержащих кроме основного вещества необходимое количество инертного связующего. В процессе агломерации в таблетках образуются макропоры, в которых при больших относительных давлениях адсорбата может происходить капиллярная конденсация.
Несмотря на многие преимущества цеолитов перед другими видами ликвидаторов нефтяных загрязнений, они тем не менее имеют такой недостаток, как высокая селективность, которая обуславливается способностью цеолитов адсорбировать только те молекулы, которые по размерам и конфигурации соответствуют размерам окон каркаса цеолита, а так же некоторыми определенными свойствами молекул, такими как постоянный дипольный момент.
Во многом адсорбционные свойства цеолитов зависят от конкретного месторождения, что делает актуальным исследования цеолитов различных месторождений и анализа их сорбционных свойств. В дальнейшем это позволит более полно ликвидировать разливы нефти и нефтепродуктов цеолитами, чьи адсорбционные качества лучше, а так же синтезировать на основе природных цеолитов конкретного месторождения синтетические цеолиты с еще более высокими адсорбционными свойствами.
В данной работе сравниваются цеолиты Люльинского (Урал) и Ванинского (Приморье) месторождений. Был проведен эксперимент, в ходе которого было произведено моделирование загрязнения сточных вод нефтепродуктом (бензол). В дальнейшем была проведена ликвидация данного загрязнения цеолитами двух месторождений. Далее были взяты четыре пробы: чистая вода; вода, загрязненная бензолом; загрязненная вода, очищенная цеолитами Люльинского месторождения; загрязненная вода, очищенная цеолитами Ванинского месторождения. Данные пробы были подготовлены согласно методике выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в сточных водах ИК-фотометрическим методом ФР.1.31.2001.00261 (ЦВ 2.22.54-01 «А»),
концентратомером КН-2м были проведены измерения концентраций бензола в приготовленном согласно методике элюате, и получены следующие данные
Элюат пробы Содержание нефтепродукта в пробе, мг/л
Элюат чистой дистиллированной воды 4,27
Элюат воды, загрязненной нефтепродуктом 13,09
Элюат загрязненной воды, очищенной цеолитами Люльинского месторождения 9,51
Элюат загрязненной воды, очищенной цеолитами Ванинского месторождения 17,80
Затем эти данные были обработаны при помощи формулы:
Ст • Уэ с= —
где Ст - массовая концентрация нефтепродукта в элюате, мг/л;
V, - объем четыреххлористого углерода, использованного для проведения экстракции, мл,
V = 30 мл;
Ув - объем пробы воды, взятой для анализа. После проведения вычслений были получены данные, отображающие массовую концентрацию бензола в воде, С
Проба воды Массовая концентрация нефтепродукта в пробе, мг/л
Чистая дистиллированная вода 0,2512
Вода, загрязненная нефтепродуктом 0,7140
Загрязненная вода, очищенная цеолитами Люльинского месторождения 0,5706
Загрязненная вода, очищенная цеолитами Ванинского месторождения 1,5257
Результаты измерений массовой концентрации нефтепродуктов в анализируемых пробах сточных вод в документах, предусматривающих их использование, представляются в виде
С ± А
где С - массовая концентрация нефтепродуктов в воде, мг/л;
А — абсолютная погрешность измерения массовой концентрации нефтепродуктов при доверительной вероятности Р = 0,95.
Значение А рассчитывают по формуле
А = 0,01 ■ 6 ■ С где 5 для полученных концентраций равно 25.
В итоге были получены конечные данные
Проба воды Значение А Массовая концентрация нефтепродукта в пробе, мг/л
Чистая дистиллированная вода 0,0628 0,2512 ± 0,0628
Вода, загрязненная нефтепродуктом 0,1785 0,7140 ± 0,1785
Загрязненная вода, очищенная цеолитами Люльинского месторожден ия 0,1427 0,5706 ± 0,1427
Загрязненная вода, очищенная цеолитами Ванинского месторождения 0,3814 1,5257+ 0,3814
На основании которых можно сделать вывод, что сорбционная способность цеолитов Люльинского месторождения выше, следовательно при ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов их применение предпочтительнее, чем цеолитов Ванинского месторождения, а сами Люльинские цеолиты могут служить прототипами для синтетических цеолитов с еще более высокими сорбционными характеристиками.
ЛИТЕРАТУРА
1. Брек Д., Цеолитовые молекулярные сита. - М.: Мир, 1976.
2. Мак-Бэн Дж.В., Сорбция газов и паров твердыми телами - ОНТИ, 1934.
3. Брунауэр С., Адсорбция газов и паров. - М.: ИЛ, 1948.
4. Yuong D.M., Crowell A.D. Physical Adsorptin of Gases. - London: T. Butterworth., 1962.
5. Материалы конференции по вопросам загрязнения морей и океанов нефтью и нефтепродуктами.- Лондон, 1954.
Рыжаков Д.С., Попова A.C., Чалая Е.В. Научный руководитель Гульков А.Н.
ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ НА ВЯЗКОСТНЫЕ СВОЙСТВА ВОДНЫХ ХЛОРИДНЫХ РАСТВОРОВ
Любая отрасль современной промышленности заключает в себе множество технологических процессов. Каждый технологический процесс должен отвечать передовым научным разработкам, т.е. быть высокопроизводительным, экономически выгодным, наносить минимальный ущерб окружающей среде. Как показывают множество научных работ и их практическое внедрение, требованиям передовых технологий могут отвечать процесс магнитной обработки и технология электрохимической активации слабоминерализованных водных растворов [1, 2]. Слабоминерализованные растворы широко применяют во многих областях: химическая промышленность, строительное производство, сельское хозяйство и др. Поэтому влияние на их химические, физические, физико-химические свойства может оказать положительный эффект в технологических процессах.
Нами была проведена работа по исследованию вязкостных свойств водных растворов хлоридов натрия и калия, с концентрацией 0,1-10"3% (по массе), которые, с одной стороны, подвергались влиянию магнитного поля, а с другой, электрохимическому воздействию.
Для определения характеристики воздействия магнитного поля на раствор использовался график зависимости напряжённости магнитного поля Н, э (эрстед) от магнитного зазора и скорости жидкости, проходящей через магнитное поле. Зная диаметр трубки, по которой проходит раствор через магнитное поле (равный 0,5 см) и объёмный расход раствора (около 800 см3/мин) рассчитали скорость потока. И в результате, учитывая магнитный зазор, равный 40 мм, напряжённость магнитного поля составила порядка 100 э.
Для электрохимического воздействия на раствор использовали электролизер диафрагменного типа ИЗУМРУД-КФТО (НПП Изумруд, производство Россия), в результате получали электрохимически активированные растворы католита и анолита. Объёмный расход раствора через электролизер составил около 800 см3/мин.
Для измерения вязкостных характеристик исходных и полученных растворов использовали вибровискозиметр SV-10 (Фирма AND, Япония). Данный прибор даёт возможность измерять динамическую вязкость жидких сред относительно вязкости стандартных жидкостей (например, дистиллированная вода). В результате проведённой работы были получены следующие результаты, представленные в таблице 1,2.
Таблица 1. Динамическая вязкость (мПа-с) водного раствора хлорида натрия, в температурном интервале 7-16 °С, при магнитном и электрохимическом воздействии.
