Оценка степени извлечения нонана и декана из водных эмульсий глауконитом Бондарского месторождения Тамбовской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка степени извлечения нонана и декана из водных эмульсий глауконитом Бондарского месторождения Тамбовской области

Л.Д. Родионова

Аннотация

Проведена оценка эффективности сорбционного извлечения нонана и декана из водных эмульсий. Изучено влияние соотношения компонентов углеводород-вода по объему, а также линейной скорости потока на эффективность сорбции. Показано, что химическое потребление кислорода водных смесей исследуемых углеводородов для любых соотношений компонентов углеводород/вода после пропускания через слой глауконита ниже, чем для исходных эмульсий, что свидетельствует о поглощении углеводорода сорбентом. нонан эмульсия сорбент

Ключевые слова: природные минеральные сорбенты; глауконит; сорбция; углеводороды:; нефтепродукты; коэффициент извлечения; химическое потребление кислорода

EXTRACTION DEGREE ASSESSMENT OF NONANE AND DECANE FROM AQUEOUS EMULSIONS WITH GLAUCONITE FROM THE BONDARSKY DEPOSIT IN THE TAMBOV REGION

Rodionova L.D., Master's Degree Student in "Chemistry" Programme. Derzhavin Tambov State University, Tambov, Russian Federation.

Abstract. We assess the sorption extraction efficiency of nonane and decane from aqueous emulsions. We study the effect of hydrocarbon/water components ratio by volume, as well as the linear flow rate on the sorption efficiency. We show that the chemical oxygen demand of aqueous mixtures of the studied hydrocarbons for any ratio of hydrocarbon/water components after passing through a layer of glauconite is lower than for the initial emulsions, which indicates the absorption of the hydrocarbon by the sorbent.

Keywords: natural mineral sorbents; glauconite; sorption; hydrocarbons; oil products extraction coefficient; chemical oxygen demand

Введение

Одними из основных источников загрязнения, связанных с деятельностью человека, являются нефть и нефтепродукты. Они малорастворимы в воде и крайне медленно разлагаются естественным путем. Загрязнение нефтью и нефтепродуктами проходит в несколько стадий: образование пленки на поверхности воды, затем образование эмульсии и агрегатов нефти.

В настоящее время существует множество методов очистки воды от вредных веществ, например, механические, физико -химические, биологические и другие. Но наибольшей эффективностью на данный момент обладают сорбционные методы очистки, являющиеся наиболее экономически выгодными и экологически чистыми. Традиционно для этого используют активированные угли, однако их применение ограничивается дефицитностью и дороговизной, что приводит нас к поиску и разработке новых сорбентов с доступной сырьевой базой. Таким сорбентом является глауконит, часто встречающийся в региональных месторождениях, в частности Бондарском месторождении Тамбовской области.

В работах [1-7] показано, что высокие сорбционные свойства глауконита могут использоваться не только в качестве поглотителя катионов тяжелых металлов, органических загрязнителей, присутствующих в воде и почве, но и для реабилитации территорий, пораженных радионуклидами или имеющих высокую техногенную нагрузку в результате деятельности промышленных предприятий.

Поэтому целью данной работы стала оценка степени извлечения нонана и декана из водных эмульсий глауконитом.

Методика эксперимента

В работе был использован 95 %-ный концентрат глауконита Бондарского месторождения Тамбовской области, предварительно подвергнутый комбинированной кислотно-щелочной и солевой обработке по методике, представленной в [8].

Емкость сорбента оценивали пропусканием через адсорбер водных эмульсий углеводородов с фиксированной линейной скоростью потока, значения которой составляли 0,3 и 0,5 м/ч при толщине слоя сорбента 1 см (3,76 г). Концентрацию углеводородов в водной эмульсии на входе в адсорбер и на выходе из него контролировали по значению химического потребления кислорода (ХПК).

Коэффициент извлечения углеводородов (р) в процессе сорбции оценивали по формуле (1):

где ХПК 0 - химическое потребление кислорода для исходной водной вытяжки на входе в адсорбер; ХПКТ - химическое потребление кислорода водной вытяжки, прошедшей через слой сорбента, измеренное через время т от начала эксперимента.

Исследования проведены при комнатной температуре.

Определение ХПК проводили по стандартной методике ГОСТ 31859-2012. Государственный стандарт. Вода. Метод определения химического потребления кислорода. М., 2014..

Экспериментальные результаты и их обсуждение

Определение химического потребления кислорода для исходных водных эмульсий углеводородов. Поэтому на первом этапе работы была проведена экспериментальная оценка ХПК для эмульсий нонана и декана с разным объемным соотношением исходных компонентов. Согласно полученным данным (рис. 1), химическое потребление кислорода водными смесями нонана увеличивается с ростом концентрации углеводородного компонента в эмульсии, что связано с переходом в водную среду большего количества мицелл. Для декана наблюдается обратная зависимость - ХПК водных эмульсий увеличивается с уменьшением концентрации.

Для нонана и декана зависимости ХПК от концентрации углеводородной фазы в эмульсии достаточно хорошо линеаризуются в полулогарифмических координатах (рис. 1).

Рис. 1. Линеаризация ХПК исходных водных эмульсий углеводородов

Полученные зависимости могут быть использованы в качестве калибровочных кривых для расчета соотношения компонентов эмульсии углеводород/вода по значению их ХПК.

Оценка эффективности сорбции углеводородов глауконитом из водных эмульсий с различным исходным соотношением компонентов по объему. Для оценки эффективности сорбции углеводородов глауконитом из водных эмульсий были определены значения ХПК (1) после прохождения сорбата через слой глауконита, а также по формуле (1) рассчитаны значения степени извлечения углеводорода.

ХПК водных эмульсий нонана при скорости потока 0,3 м/ч при 20 - минутном истечении снижается на 66, 75, 54 и 33 %, соответственно, для разведений 1:10, 1:100, 1: 200 и 1:500. Увеличение продолжительности истечения до 40 мин ничего не меняет для последней эмульсии, улучшает ситуацию для первой и третьей, увеличивая степень извлечения до 75 и 77 % соответственно. Увеличение продолжительности до 60 мин уменьшает ХПК наименее разбавленной эмульсии нонана до 83 %, для остальных разведений степень извлечения не меняется (рис. 2, табл. 1).

Увеличение скорости потока до 0,5 м/ч уже через 10 мин снижает ХПК эмульсий нонана на 83, 65, 77 и 41 %, соответственно, при исходных разведениях 1:10, 1:100, 1: 200 и 1: 500 (рис. 2, табл. 1).

Увеличение продолжительности до 20, 40 и 60 мин не изменяет очистку первой эмульсии. Для разведения 1:100 увеличение времени истечения до 20 мин не меняет степени очистки, а увеличение еще до 40 и 60 мин уменьшает до 60 %. Для водной эмульсии с разведением 1:200 увеличение время истечения до 20 мин увеличивает степень извлечения до 88 %, дальнейшее увеличение времени истечения этого значения не меняет (рис. 2, табл. 1).

Рис. 2. ХПК водных эмульсий нонана после пропускания через слой глауконита. Высота слоя 1 см. Линейная скорость потока, м/ч: а - 0,3; б - 0,5

Таблица 1

Степень извлечения нонана из водных эмульсий

ХПК водных эмульсий декана через 20 мин протекания через адсорбер со скоростью 0,3 м/ч снижается на 61, 69, 80 и 79 %, соответственно, для исходных эмульсий с разведением 1:10, 1:100, 1:200 и 1:500. Через 40 мин протекания улучшается ситуация с очисткой только для наименее разбавленной смеси декана. Через 60 мин ХПК этой смесью не изменяется, а для смеси с исходным разведением 1:100 уменьшается на 77 %, для остальных эмульсий - на 87 % (рис. 3, табл. 2).

Рис. 3. ХПК водных смесей декана после пропускания через слой глауконита. Высота слоя 1 см. Линейная скорость потока, м/ч: а - 0,3; б - 0,5

Таблица 2

Степень извлечения декана из водных эмульсий

При увеличении скорости потока до 0,5 м/ч практически не изменяются показатели ХПК для наименее и наиболее разбавленных смесей декана, несколько улучшаются для смеси с разведением 1:100 и ухудшаются для исходной смеси с разведением 1:200 (рис. 3, табл. 2).

Таким образом, увеличение скорости потока ухудшает сорбционную очистку водных эмульсий от углеводородной фазы. Колебания значений ХПК во времени могут быть связаны с изменением размера частиц и их концентрации в эмульсиях, что приводит к колебаниям абсолютного содержания молекул углеводородов в объеме раствора, проходящего через сорбент и, как следствие, к росту количества окислителя, расходуемого на реакцию.

Выводы

Анализ полученных экспериментальных результатов позволяет сделать следующие выводы.

1. Химическое потребление кислорода водными смесями углеводородов растет от гептана к декану. Для гептана и нонана ХПК растет с уменьшением разведения, кроме разведения 1:500 для гептана. Для декана ХПК растет с увеличением разведения.

2. ХПК водных смесей исследуемых углеводородов для любых соотношений компонентов углеводород/вода после пропускания через слой глауконита ниже, чем для исходных эмульсий, что свидетельствует о поглощении углеводорода сорбентом. В основном при более медленной скорости потока этот эффект выражен сильнее, поскольку увеличивается время контакта сорбата и сорбента, и возникают более благоприятные условия для проникновения углеводорода в поры глауконита.

В целом, концентрат глауконита может быть рекомендован для изготовления на его основе эффективного сорбента для очистки воды от нефтепродуктов.

Список литературы

1. Цыганкова Л.Е., Протасов А.С., Вигдорович В.И., Акулов А.И. Глауконит Бондарского месторождения Тамбовской области - перспективный поли- функциональный сорбент // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. Тамбов, 2012. Т. 17. Вып. 2. С. 735-741.

2. Левченко М.Л., Патык-Кара Н.Г., Андрианова Е.А. Глаукониты Центрального месторождения: типоморфные особенности, результаты минералоготехнологических исследований // Сборник тезисов 6 конгресса обогатителей стран СНГ. М., 2007. Т. 2. С. 77-79.

3. Куанышева Г.С., Балгашева Б.Д., Асилов А.Б., Уракаев Ф.Х. Модифицированные глаукониты и их сорбционные свойства // Химия в интересах устойчивого развития. 2014. № 1. С. 39-44.

4. Синельцев А.А., Губина Т.И., Антонова И.А., Сержантов В.Г. Эффективный адсорбент на основе природных глауконитов в очистке воды от тяжелых металлов // Физическая химия. 2012. № 10. С. 29-32.

5. Кутергин А.С., Недобух Т.А., Никифоров А.Ф. Сорбент на основе гранулированного глауконита в системах очистки воды от радионуклида цезия // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2015. № 10. С. 22-25.

6. Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е., Акулов А.И. Сорбция фенола глауконитом ГБРТО из его разбавленных растворов // Сорбционные и хроматографические процессы. 2011. № 1. С. 673-678.

7. Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е., Алехина О.В., Урядникова М.Н. Сорбция двухзарядных ионов группы железа глауконитом из трехкомпонентных стационарных и проточных растворов и сред, содержащих катионы жесткости // Сорбционные и хроматографические процессы. 2018. № 1. С. 35-42.

8. Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е., Шель Н.В., Есина М.Н., Омутков М.С., Пустынников Я.А. Совместная сорбция катионов №(П) и Си(11) концентратом глауконита из проточных нитратных растворов // Химическая технология. 2017. № 9. С. 426-431.

Размещено на Allbest.ru