МЕТОДИКА ПОВЫШЕНИЯ ГИДРОФОБНОСТИ ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО НЕФТЕСОРБЕНТА

METHOD FOR INCREASING HYDROPHOBICITY OF CELLULOSIC OIL SORBENT

Linara Mukhametzianova

master's student, Department of Forest Crops, Saint-Petersburg State Forest Technical University named after S.M. Kirov,

Russia, Saint-Petersburg

АННОТАЦИЯ

Загрязнение водных объектов и суши нефтью довольно распространено в настоящее время. В статье показана разработка методики придания гидрофобных свойств целлюлозному нефтесорбенту с целью применения его на водных объектах.

ABSTRACT

Pollution of water bodies and land with oil is quite common nowadays. The article shows the development of a technique for imparting hydrophobic properties to cellulose oil sorbent for the purpose of using it in water bodies.

Ключевые слова: нефть, нефтесорбент, гидрофобность, гидрофобизация.

Keywords: oil, oil sorbent, hydrophobicity, hydrophobization.

В настоящее время в странах с развитой нефтяной промышленностью существует проблема аварийных разливов нефтепродуктов на воду и почву. Эффективным средством физического удаления поллютанта на начальных этапах загрязнения является применение различных сорбирующих технологий органического или неорганического происхождения.

Сорбенты представляют собой различные вещества, избирательно притягивающие, поглощающие или удерживающие на своей поверхности частицы других веществ (тяжелых металлов, нефтепродуктов, химикатов и пр.) путем адсорбции (поверхностного связывания молекул) и абсорбции (полного поглощения молекул) [4].

Сорбенты для сбора нефти называются нефтесорбентами.

Нефтесорбенты подразделяются на несколько категорий: органические (например, торф, шерсть, опилки, целлюлоза), неорганические (песок, диатомит, пемза), синтетические (полимерные волокна, силикагели и др.)

Одним из ключевых свойств нефтесорбента является его сорбционная ёмкость (количество поглощаемого им нефтепродукта на единицу своей массы). Еще одним качеством сорбента является его плавучесть, что особенно важно при восстановлении водных объектов или объектов, находящихся в условиях продолжительного переувлажнения или подтопления [3].

Рассмотрим более подробно эти характеристики на примере целлюлозного сорбента «AG-Sorb». Данный поглотитель имеет свойство тонуть практически сразу после попадания на водную поверхность, что делает его использование на воде невозможным.

Объект исследования – минерально-целлюлозный сорбент «AG-Sorb», изготовленный из отходов целлюлозно-бумажного производства, с размером зёрен (1 ± 0,25) мм, насыпной плотностью 300 – 400 кг/м³ (рис. 1, 2).

А                                      Б

Рисунок 1. Фотографии сорбента: а -под микроскопом; б - в реальном масштабе

Цель работы: изучить свойства целлюлозного сорбента и найти способ усиления его гидрофобных свойств без значимой потери сорбционной ёмкости.

В связи с этим были поставлены следующие задачи:

1. Найти и выбрать способы и методики усиления гидрофобности материалов;
2. Провести лабораторный эксперимент с целью установления оптимального состава и дозы применения гидрофобизатора для конкретного сорбента «AG-Sorb»;
3. Разработать методику применения гидрофобизатора с наилучшими характеристиками с целью ее внедрения в производственные масштабы.

В ходе исследования был произведен обзор литературы, научных работ и исследований, в результате которого было найдено несколько способов и методик усиления гидрофобности материалов. Сюда входит: обработка сорбента стеариновой кислотой, различными гидрофобизирующими жидкостями кремнийорганической природы (Силор, Типром К, полиметилсилоксановая жидкость и т.п.), гидрофобизация сорбента при помощи пиролиза без доступа кислорода.

Ход эксперимента. Для исследования было выбрано несколько гидрофобизирующих агентов, отвечающих требованиям: доступность на российском рынке, жидкая форма (для удобства обработки), цена не более 1000 руб./л.

Краткая характеристика реагентов: Типром Д (концентрированная форма кремнийорганических соединений), Типром У (раствор кремнийорганических полимеров в органическом растворителе), Гидрофобизатор «Рекорд ГФВ-1» (водоотталкивающая пропитка на основе кремнийорганических сополимеров), Гидрофобизатор «Рекорд ГФВМ-1» (водоотталкивающая пропитка на водной основе). Для эксперимента так же был сделан 5%-ный раствор-эмульсия Типрома Д.

Обработка сорбента. Обработка включала в себя равномерное перемешивание сухого сорбента с различными дозами гидрофобизаторов и дальнейшей сушке в термостате при температуре 50 ℃ с последующим остыванием в герметичной таре до комнатной температуры в течение 24 часов.

Проверка сорбента. Сорбент проверялся на плавучесть в пресной и соленой (аналогичной морской) воде согласно методу Каменщикова Ф.А. [2], а также на сорбционную емкость согласно методике из ГОСТ 33627-2015 п.9.3. «Ускоренное испытание на адсорбцию нефтепродуктов» [1]. Все проверки проводились в 3 повторности. Результаты испытаний представлены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты испытаний

Результаты. Наилучшие результаты как по гидрофобным характеристикам, так и по сорбционным, относительно контроля: Типром Д концентрат (10, 20, 30), Типром Д раствор (20, 30), ГФВ-1 (20), ГФВМ-1 (20, 30). Наихудшие показатели гидрофобности были у гидрофобизатора Типром У. Наиболее оптимальным и экономически выгодным для внедрения в производственные масштабы оказалась методика обработки сорбента 5 % раствором-эмульсией Типрома Д в соотношении 20:100 к массе сорбента.

Вывод. Полученные результаты свидетельствуют о том, что определенная методика модификации способна значительно улучшить гидрофобные характеристики сорбента, что делает его более эффективными в применении для очистки объектов окружающей среды от нефтезагрязнения. Однако, необходимо отметить, что для дальнейшего совершенствования этой области исследований требуется дополнительная работа. Эта работа заключается в более глубоком анализе различных методов придания влагоотталкивающих свойств материалу, оптимизации процессов гидрофобизации.

Список литературы:

1. ГОСТ 33627-2015 «Уголь активированный». Стандартный метод определения сорбционных характеристик адсорбентов.
2. Каменщиков Ф. А., Богомольный Е.И. Нефтяные сорбенты. Москва-Ижевск, НИЦ Регулярная и хаотичная динамика, с. 78, 2005.
3. Мухаметзянова Л. А. Способ придания гидрофобных свойств целлюлозному сорбенту // Актуальные вопросы лесного хозяйства: Материалы VII международной молодежной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 09–10 ноября 2023 года. – Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, 2023. – С. 39-42.
4. Мухаметзянова Л. А. Сравнение характеристик сорбента, получаемого из отходов целлюлозно-бумажной промышленности с классическими нефтесорбентами // Актуальные вопросы лесного хозяйства: материалы VI международной молодежной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 10–11 ноября 2022 года / Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова, 2022. – С. 177-180.