Минеральные порошкообразные сорбенты типа бентонита для устранения разливов жидких нефтепродуктов в зонах перекачивания и хранения топлива

Размещено на http://www.allbest.ru/

23 отдел ФАУ, 25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России, г. Москва

Минеральные порошкообразные сорбенты типа бентонита для устранения разливов жидких нефтепродуктов в зонах перекачивания и хранения топлива

¹Корнев Виталий Анатольевич - кандидат химических наук, доцент, старший научный сотрудник;

²Рыбаков Юрий Николаевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, начальник 23 отдела;

Аннотация

минеральный бентонит загрязнение нефтепродукт

Существует проблема периодического загрязнения окружающей среды нефтепродуктами. Продолжается поиск новых и совершенствование используемых сорбентов минеральной природы типа бентонита.

Ключевые слова: порошкообразные сорбенты для нефтепродуктов, бентонит, химический состав, структура, монтмориллонит, адсорбционные свойства.

Abstract

There is problem of environmental pollution loads by petroleum products. The search continues for new and improving sorbents used mineral nature such as bentonite.

Keywords: powdered sorbents for petroleum products, bentonite, chemical composition, structure, fullerene, montmorillonite, adsorbtion properties.

Существует проблема периодического загрязнения окружающей среды (почвы, водоемов, грунтовых вод) вследствие разливов светлых и темных нефтепродуктов при монтаже-демонтаже насосных установок автозаправочных модулей, в процессе перекачивания топлива по протяженным металлическим или гибким полимерным трубопроводам и их ремонта. Несмотря на освоение более совершенных материалов и конструкций автозаправочных станций, технологий предотвращения разливов нефтепродуктов и применение эффективных сорбентов органической и неорганической природы сбора проливов, сохраняется задача изыскания новых и совершенствования применяемых сорбентов, поскольку количество объектов перекачивания топлива постоянно увеличивается.

Таблица 1. Виды применяемых сорбентов для сбора нефтепродуктов

Из большого перечня применяемых сорбентов для нефтепродуктов (табл. 1) особое внимание мы уделяем минеральным порошкообразным веществам типа ОДМ-1Ф, бентонита, шунгита, туфа, перлита, кизельгура и т. п.

Органические сорбенты (торф, опилки, жмых), углеродные сорбенты (графит, активированный уголь и их производные) поглощают нефтепродукты благодаря развитой поверхности в основном по капиллярному механизму. Их активность зависит от давления, влажности и температуры, то есть от погодных условий, что накладывает определенные ограничения и создает неудобства их практического использования. Кроме того, органическим сорбентам присуща десорбция, что нередко приводит к вторичному загрязнению и делает проблематичным применение жидких и твердых органических сорбентов для нужд Минобороны России. Углеродные сорбенты эффективны и имеют меньше вышеуказанных недостатков.

Рис. 1. Уменьшение нефтепродуктов в загрязненной нефтепродуктом почве после обработки минеральными сорбентами

Наиболее предпочтительными с практической точки зрения и при этом весьма эффективными сорбентами являются порошки на основе природных минералов типа бентонита и шунгита (углеродсодержащий природный минерал) [1].

Бентонит, основой которого является монтмориллонитовая минеральная структура [1], является природным доступным промышленно выпускаемым порошкообразным минеральным наполнителем и сорбентом, эффективность которого даже несколько превышает сорбционные свойства шунгита (рис. 1). Действие минерального сорбента бентонита основано на ионно-обменном взаимодействии вследствие пропитки и диффузии жидких нефтепродуктов в массу сорбента. Частицы бентонита характеризуются микро мезо пористостью с размером пор от 20 до 500 Е (Ангстрем), эффективным диаметром пор 1-7 нм и ионообменной способностью 0,6-1,0 г?экв/кг. В мезо и микро порах сорбцию нефтепродуктов обеспечивают силы, отличающиеся от капиллярных взаимодействий, которые не зависят от внешних климатических факторов (давление, температура, влажность) и могут работать в водных средах.

Сорбент ОДМ-1Ф (табл. 1) представляет собой порошкообразный или гранулированный материал желтовато-серого цвета, изготовленный на основе природного минерального сырья Среднего Урала, с содержанием: SiО₂ до 84 %; FeO и Fe₂О₃ не более 3.2 %; Al₂О₃, MgО, СаО - 8 %. По химическому составу данный материал близок к бентонитовым продуктам, но характеризуется повышенным содержанием диоксида кремния.

Токсичность водной вытяжки удовлетворяет МР ЦОС ПВ Р 005-95.

По содержанию радионуклидов является однородным и соответствует требованиям НРБ-96 ГН 2.6.1.054-96.

Сорбент ОДМ-1Ф используется для ликвидации разливов всей номенклатуры жидких продуктов, в том числе нефтепродуктов и сырой нефти. Данный сорбент является инертным материалом, не вступающим во взаимодействие с большинством агрессивных сред (кислоты, органические растворители, спирты и т. д.). Процесс ликвидации разливов заключается не только в смачивании поверхности гранул (как в случае использования песка), но и в поглощении жидкостей, насыпаемым в них сорбентом. Сорбент ОДМ-1Ф, насыщенный агрессивными и огнеопасными жидкостями, является экологически безопасным материалом. Количество необходимого сорбента зависит от степени поглощения различных жидкостей продуктом. Использованный продукт ОДМ-1Ф поглощает 80-90 % нефтепродуктов, легко собирается с поверхности земли с помощью простейших инструментов, приспособлений или механизмов и складируется в отвалах, при этом поглощенные сорбентом жидкости практически не вымываются в почву при воздействии атмосферных осадков.

Мероприятия по ликвидации и локализации разливов нефтепродуктов должны укладываться во временные нормативы: время локализации разлива не должно превышать 4 часов - при разливе в акватории, 6 часов - при разливе на почве с момента обнаружения разлива. Использование минеральных сорбентов типа бентонита по предварительным данным позволит уложиться в эти нормативы, причем экономическая сторона вопроса также выглядит привлекательно: на дезактивацию 1 кг бензина потребуется максимум 1 кг бентонита. Исходя из цены бентонита 8 руб/кг потребуется до 8 руб за обработку 1 кг разлитого бензина.

Для определения и расчета удельной поверхности минералов слоистой структуры частиц, каковым является бентонит, подходит уравнение Кельвина:

r - t = d - 2t = 2гM / [RT1n(po/p)], где

d - расстояние между плоскостями (расстояние пор между плоскими частицами) r - радиус пор

t - толщина адсорбционного слоя

M - молекулярный вес

R - универсальная газовая постоянная T - абсолютная температура.

Поры с размерами частиц меньше d или r при давлении p заполняются при капиллярной конденсации жидкостью с поверхностным натяжением г и давлением насыщенных паров po [2].

Применяются также модифицированные и гидрофобизированные минеральные сорбенты типа модифицированных бентонитов [3].

Для гидрофобизации бентонита используются различные химические соединения: поверхностноактивные вещества, аммониевые соединения, амины, мочевина, акрилаты, сланцы, углеродные соединения. Концентрация модифицирующих агентов обычно невелика, но сложность заключается в трудоемкости и многостадийности технологических операций. В ряде случаев на первой стадии посредством предварительной сушки и вакуумной обработки необходимо добиться десорбции молекул физически связанной воды из структуры частиц природного минерала. Далее проводится собственно гидрофобизация, заключающаяся в нанесении и закреплении гидрофобизирующего агента на поверхности частиц минерала при повышенной температуре в присутствие катализатора. На завершающей стадии обработанный материал охлаждается до температуры окружающей среды. В результате цена модифицированного продукта существенно выше цены исходного (гидрофильного) минерала, а сорбционная емкость нефтепродуктов не всегда значительно превышает начальный показатель [4].

Гидрофобинизированные бентониты наименее подвергнуты внешним климатическим факторам и потому могут предсказуемо использоваться на территориях с часто меняющимися погодными условиями, но главное - они имеют предпочтение в случаях сбора проливов нефтепродуктов с поверхности водоемов, поскольку, будучи качественно гидрофобизированными с изначальной достойной удельной поверхностью 80-110 м²/г и удельным весом 2,5-2,7 г/см³, они способны плавать на поверхности водоемов и собирать нефтепродукты, обнаруженные на поверхности воды [5].

Порошкообразные исходные и модифицированные бентониты представляют интерес для дальнейшего исследования и практического использования в качестве сорбционных агентов нефтепродуктов.

Литература

1. Корнев В. А., Рыбаков Ю. Н., Чириков С. И. Сравнительная оценка структуры частиц и адсорбционных свойств шунгита и бентонита // Вестник науки и образования, 2015, № 9 (11), с. 20-23. 2. Сакипова З. Б., Тулегенова А. У., Еспенбетов А. А., Кальменова Г. А. Удельная поверхность и сорбционные свойства некоторых глинистых минералов и ряда других веществ // Вестник Карагандинского университета, Караганда, серия Химия - 2009, № 4, с. 47.

3. Хаширова С. Ю., Микитаев А. К., Мусаев Ю. И., Лигидов М. Х., Мусаева Э. Б. Способ получения гибридного органо-неорганического сорбента для очистки различных поверхностей от разливов нефти и нефтепродуктов // Патент RU 2397809 C1. Опубликовано: 27.08.2010, Бюл. № 24.

4. Кружалов А. В., Ромаденкина С. Б., Решетов В. А., Щипанова М. В. Способы получения гидрофобных сорбентов из природных материалов // Изв. Сарат. ун-та, Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2014. Т. 14, вып. 2, с. 39-42.

5. Юдаков А. А., Ксеник Т. В. Новые недорогие эффективные гидрофобные сорбенты для очистки сточных вод от органических загрязнений // Водоочистка, 2010, № 7, с. 36-40.

Размещено на Allbest.ru