CC BY
11ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 24 (63). 2011. № 1. С. 175-179.
УДК 544.47:544.344:547.56:546.215
ЗАСТОСУВАННЯ МАГНЕТИТУ ДЛЯ ОЧИЩЕНИЯ НАФТОВМ1СНИХ
СТОЧНИХ ВОД
АлексашкЫ 1.В., Першина К.Д.
Тавршський нацюнальний утверситеш iM В.1. Вернадського, Смферополь, Украта
E-mail: [email protected]
Розглянуто приклад використання магнетиту в процесах очищення навколишнього середовища вщ нафтопродуклв. Визначено оптимальне ствв1дношення магнетит: нафтошлам для досягнення максимального ступеня очищення. Проведено синтез магнетиту з високою намагшчешстю. Km4oei слова: нафтопродукти, магттна р1дина, магнетит.
ВСТУП
Технолопчш процеси, яю пов'язаш з нафтовидобутком, нафтопереробкою, транспортуванням i збер1ганням нафти i нафтопродуклв, являють собою джерело тдвищено! небезпеки для навколишнього середовища. Аварп на морських нафтових платформах, катастрофи нафтоналивних суден, пошкодження тдводних дшянок нафтопроводiв е основною причиною масштабного забруднення поверхонь водойм i значних дшянок берегово! зони. При цьому найбшьшу небезпеку для навколишнього середовища представляють важю, смолистi фракцп нафти, що володiють значною в'язкiстю i не пiддаються вивiтрюванню. Органiчнi сполуки, що входять до складу нафтошламiв, надають згубний вплив на природу, i тому проблема утилiзацil нафтошламiв дуже актуальна.
Сучаснi методи не позбавлеш недолiкiв:
1) вгдстоювання е повшьним i неефективним процесом, вимагае велию площi для вiдстiйникiв i великi дози хiмiчних реагентiв;
2) фшьтрування дшить нафтошлами на двi частини, мае низьку пропускну здатнють. Крiм того, цей процес залишае невиршено! проблеми утилiзацil вiдфiльтрованого матерiалу та вiддiлення води;
3) спалювання нафтошламу разом з водою i мехашчними домiшками е дорогим процесом, при якому цшний вуглеводнева складова безповоротно знищуеться.
Пдрофобш сорбенти з магнiтними властивостями розширюють можливосп для вирiшення багатьох виробничих та еколопчних завдань, де використання звичайних адсорбенпв створюе деякi технолопчш труднощi. Так, наприклад, аварiйнi розливи
нафти або важких нафтопродукпв на поверхш води можуть бути видалеш магнiтними сорбентами. Для цього досить зв'язати плями нафтопродукпв сорбентом з подальшим видаленням його разом з поглинутим речовиною шляхом магштно! сепарацп [1].
Мета дано! роботи - вивчення фiзико-хiмiчних властивостей синтезованого магнетиту i розробка методу застосування його в процесах нафтоочютю.
МАТЕР1АЛИ I МЕТОДИ
Магнетит можна розглядати як ферит феруму(11), що е продуктом взаемоди слабко! основи гiдроксиду феруму(11) Ре(ОН)2 i слабко! «зaлiзною» кислоти Ре(ОН)3. Для того щоб цi пдроксиди могли проявити сво! основнi i кислотнi властивостi i прореагувати мiж собою зазначеним чином, середовище не повинно бути занадто лужним або кислим. У сильно лужному середовищi обидва пдроксиду ведуть себе як слабк кислоти, тобто дисощюють з вщщепленням iону водню, що не сприяе утворенню магнетиту.
Оптимальною е така концентращя пдроксид-юшв (рН розчину), при якiй, з одного боку, надшно йде гiдролiз солей феруму(11) i феруму(Ш) до утворення !х гiдроксидiв, але з шшого боку не придушуються основш властивостi гiдроксиду феруму(11). Оптимальним значення рН при сиш^ магштно! рщини буде дiапазон рН 7-8, тому що при цих значеннях катюни феруму(Ш) iснують в активнiй форм^ Крiм того, важлива наявнiсть буферних властивостей у розчину лугу. Якщо розчин мае буферними властивостями, то водневий показник не зазнае сильних змш в ходi змшування розчину солей з лугом i в ходi реакцп гiдролiзу. Всiм цим умовам найкращим чином вщповщае водний розчин амiаку. Для синтезу магштно! компоненти в магштно! рщини найбшьш застосовнi хлориди i нiтрати феруму, що володдать високою здатнiстю до гiдролiзу, вони мiнiмально будуть впливати на утворення гщроксокомплекса феруму надлишком лугу.
Синтез магнетиту здiйснювався шляхом ствосадження солей двох- i тривалентного феруму надлишком водного розчину амiаку.
Хiмiчна реакцiя може бути виражена таким рiвнянням: Ре8О4-7Н2О+2РеС1з-6Н2О+8КНзН2О^РезО4+6КН4С1+(КН4)28О4+20Н2О (1)
Використання амiаку дозволяе створити м'якi умови ствосадження оксидiв, що сприяе протшанню реакцi! з утворенням нанодисперсного магнетиту складу Ре3О4 або Ре2О3-РеО.
Рентгенограми зразюв записували на дифрактометрi Н20-4Л (СоКа-випромiнювaння). Робоча довжина хвилi рентгенiвського випромiнювання 1=1,5405 А. Розшифровка рентгенограм велася за стандартною методикою i iдентифiкувaлaся по набору мiжплощиннi вiдстaней [2].
РЕЗУЛЬТАТИ ТА ОБГОВОРЕННЯ
Магнетит i у-Ре2О3 дуже схожi за структурними параметрами. Рiзниця полягае в щiльностi упаковки. Упаковка у-Ре2О3 бiльш щiльнa нiж у магнетиту. Вщмшнють мiж ними можна виявити на рентгеногрaмi лише в обласп 74-75° кута 20 (рис. 1). У
ЗАСТОСУВАННЯ МАГНЕТИТУ ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ НАФТОВМ1СНИХ...
Ре3О4 мiжплощиннa вщстань вiдповiдaе значенню 74,105°, а в у-Ре2О3 - 74,723°. Наявнють кутiв Брега в областях 35° 32' i 57° 10' свцдшть, що частинки мають кубiчну структуру шпiнелi, кутова ширина головного максимуму для (Ик1) = (311) [3]. Поява аморфно!' фази не впливае на магштш властивост^ тому що магнетит являе собою ферит з кристaлiчною структурою зверненох шпшел^ де частина iонiв Ре3+ знаходиться в тетраедричному оточеннi, а iншi в октаедричному. При цьому намагшченють МЛ октаедрично! пiдрешiтки бiльше тетраедричних Мв, що призводить до виникнення феррiмaгнетiзмa.
Рис. 1. Рентгенограма зразка магнетиту
Склад i фiзичнi влaстивостi вiдпрaцьовaною i забрудненоУ нафти, яку зазвичай називають - нафтошлам, можуть змiнювaтись в зaлежностi вiд джерела. У склaдi нафтошламу вiд 10 до 50 % складають нафтопродукти; вiд 5 до 60 % - вода;вщ 2 до 40 % - мехашчш домiшки. Важливим об'еднуючим чинником е те, що всi нафтошлами мiстять як воду, так i твердi домiшки великого i дрiбного дiaметру [4]. Найчастше вони утворюють стiйку емульсiю. Це ускладнюе процес под ту, i бiльшiсть стандартних методiв, якими регенеруються нафтошлами, не справляеться повнiстю з поставленим завданням. Розроблет i виготовлеш зразки феритiв застосовувалися в задачах моделювання очищення поверхонь водойм вщ нaфтошлaмiв шляхом зв'язування нaфтопродуктiв частинками магнетиту.
Зразок нафтошламу готували штучно з концентращею до 50 %. Штучний нафтошлам змiшувaли з магнетитом i направляли в мaгнiтний сепаратор на роздшення. У сепaрaторi пщ дiею сильного мaгнiтного поля вщбувалося вiддiлення твердого залишку вiд утворено!' «магнино!' рщини» i мазуту (водно-вуглеводнева
емульшя). Дослщжено залежнють ефективностi вилучення вуглеводнiв вщ ïx концентрацiï у зразку, часу ïx взаемоди з магнетитом. На Рис. 2 представлений графш залежносп ефективностi вилучення вуглеводнiв вiд часу взаемоди зразюв з магнiтною рщиною.
с, %
50 -в
45
40
35
зо
25
20
15
ю
5
о
о
Рис. 2. Вмют нафтопродукпв у нафтошламi залежно вщ часу взаемоди з магнетитом. Сшввщношення магнетиту i нафтопродуктiв рiвне:
1 - 1:1; 2 - 0,5:1; 3 - 0,25:1; С - вмют нафтопродукту (%)
При сшввщношенш кшькосн нафтопродукпв у нафтошламi i магнетита, рiвному 1: 1 найбшьш ефективно процес пронкае першi 40 хвилин, а подальше збшьшення часу контакту не робить ютотного впливу на ступiнь вилучення вуглеводшв. При спiввiдношення кiлькостi нафтопродукпв у нафтошламi i магнетита, рiвному 0,25:1 нафтопродукти витягуються не ефективно, незалежно вiд часу контакту та штенсивносн перемiшування.
ВИСНОВОК
Експерименти по об'емному очищенню води що забруднена нафтопродуктами, виконанi при рiзниx концентрацiяx забруднень i при рiзнiй витратi магнетиту показали, що можна досягти очищення води до вмюту в нiй нафтопродуктiв менше 3 мг/л, тобто це вщповщае значенню граничнодопустимоï концентрацiï
Список лiтератури
1. Контарев А.В. Применение магнитных жидкостей / А.В. Контарев, С.В. Стадник, В.А. Лешуков //
Успехи современного естествознания. - 2006. - № 10 - С. 67-69.
2. Шаскольская М.П. Кристаллография / Шаскольская М.П. - М.: Высш. шк., 1984. - 376 с.
ЗАСТОСУВАННЯ МАГНЕТИТУ ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ НАФТОВМ1СНИХ.
3. Лиопо В.А. Рентгеновская дифрактометрия: Учеб. пособие / В.А. Лиопо, В.В. Война. - Гродно: ГрГУ, 2003. - 171 с.
4. Боковикова Т.Н. Магнитные жидкости в нефтепереработке / Т.Н. Боковикова, С.В. Степаненко, М.В. Двадненко // Экология и промышленность России. - 2005. - С. 11-13.
Алексашкин И.В. Использование магнетита для очистки нефтесодержащих сточных вод / И.В. Алексашкин, Е.Д. Першина // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия «Биология, химия». - 2011. - Т. 24 (63), № 1. - С. 175-179 Рассмотрено использование магнетита в процессах очистки окружающей среды от нефтепродуктов. Определено оптимальное соотношение магнетит/нефтешлам для достижения максимальной степени очистки. Проведен синтез магнетита с высокой намагниченностью. Ключевые слова: нефтепродукты, магнитная жидкость, магнетит.
Aleksashkin I.V. The use of magnetite for oily wastewater / I.V. Aleksashkin, E.D. Pershina // Scientific Notes of Taurida V.Vernadsky National University. - Series: Biology, chemistry. - 2011. - Vol. 24 (63), No. 1. - P. 175-179.
An example of the use of magnetite in the process of cleaning the environment from petroleum products. The optimal ratio of magnetite: slime to achieve the maximum degree of purification. The synthesis of magnetite with high magnetization.
Keywords: petroleum products, magnetic fluid, magnetite.
Поступила в редакцию 20.03.2011 г.
