Сорбент для видалення нафти і нафтопродуктів з поверхні води

Сорбент для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, включающий углеродный и магнитный компоненты, отличающийся тем, что в качестве углеродного компонента он содержит терморасширенный графит, а в качестве магнитного компонента оксид железа (Ш) при следующем соотношении компонентов, мае % Терморасширенный графит 70-90 Оксид железа (Ш) 10-30 Изобретение относится к химической технологии, в частности, к магнитным сорбентам, используемым для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности водоемов, например, при авариях нефтеналивных судов, нефтепроводов, разливов нефти в районе нефтяных терминалов, а также к способу получения таких сорбентов Общими существенными признаками известного и заявляемого сорбентов для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды являются сорбент в состав которого в качестве магнитного компонента входит ферромагнитный материал К причинам, препятствующим достижению технического результата, который может быть достигнут при использовании заявляемого сорбента, относится низкая сорбционная емкость известного сорбента Известен также сорбент для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, содержащий магнитный оксид железа (пат США № 3717573, кл МКИ С 02 С 9/02, 1973) Сорбент состоит из тонкодислерсного порошка магнитного оксида железа (РегОз) Оксид железа диспергируют на поверхности воды загрязненной нефтью, в присутствии увлажняющего агента, и затем частицы с адсорбированной нефтью удаляют с помощью магнитного воздействия Общими существенными признаками известного и заявляемого сорбентов для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды являются сорбент в состав которого в качестве магнитного компонента входит оксид железа К причинам, препятствующим достижению технического результата, который может быть достигнут при помощи заявляемого сорбента, относится низкая сорбционная емкость известного сорбента (46) 15 09 2000, Бюл № 4, 2000 р (72) Паховчишин Степан Васильович, Семенцов Юрій Іванович, Гриценко Владислав Федорович, Коваль Леонід Григорович, Чуйко Олексій Олексійович, Черниш Іван Григорович, Шиманський Аркадій Петрович (73) Інститут хіми поверхні Академії наук України (56) Авторское свидетельство СССР № 1370083, С 02 F 1/28 1988 Патент США № 3717573, С 02 В 9/02, 1973 Патент Швейцарии № 427665, Е 02 В 15/04, 1967 Известен магнитный сорбционный состав для удаления нефти с поверхности воды, содержащий смесь ферромагнитного материала - железосодержащей и кремнийорганического соединения - метилсиликоната натрия, метилхлорсилана или полиэтилгидридсилоксана при следующем соотношении компонентов, мае % железосодержащая окалина - 99,5-99,95%, кремнийорганическое соединение - 0,05-0,5 (а с СССР № 1370083, кл МКИ С 02 F 1/28 1988) Для получения сорбционного состава ферромагнитный порошок обрабатывают водным раствором кремнийорганического соединения с последующим удалением растворителя (воды), сушкой и термообработкой при 180-250°С В качестве ферромагнитного материала используют железосодержащую окалину, размолотую до дисперсности 0,01-0,25 мм Магнитный состав наносят на поверхность воды, загрязненной нефтью и подвергают действию неравномерного магнитного поля Суспензии нефти с внесенным магнитным составом концентрируется в зоне наибольшей плотности магнитного поля и полностью извлекается откачкой насосом СМ О ю О) со СМ ST 27395 Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату по отношению к объекту - вещество в заявленной группе изобретений является сорбент для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, содержащий в качестве поглощающего нефть материала - древесный уголь, а в качестве магниточувствительного компонента - магнитное железо /пат Швейцарии № 427665, кл МКИ Е 02 В 15/04, 1967) Смесь частиц древесного угля и железных стружек или порошка, в соотношении необходимом для обеспечения требуемой магнитной подъемной силы и хорошей плавучести сорбента, обрабатывают связующим для присоединения частиц магнитного железа к частицам древесного угля Однако, поры древесного угля должны оставаться открытыми Полученный сорбент наносят на поверхность водоема, загрязненного нефтью и после поглощения нефти удаляют посредством магнитного прибора Сорбент поглощает приблизительно 130% нефти от своего веса Общими существенными признаками известного и заявляемого сорбентов для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды являются сорбент в состав которого входят углеродный и магнитный компоненты К причинам, препятствующим достижению технического результата, который может быть достигнут при помощи заявляемого сорбента относится невысокая поглощающая способность известного сорбента Наиболее близком по технической сущности и достигаемому результату по отношению к объекту - способ в заявленной группе изобретений является способ получения расширенного графита с антикоррозионными свойствами, предусматривающий обработку порошка исходного графита раствором окислителя в серной кислоте, промывку окисленного графита водой, обработку графита раствором соединения цинка, сушку и термообработку при 900-1000°С (заявка Японии № 55-330, кл МКИ С 01 В 31/04, 1980) Общими существенными признаками известного и заявляемого способов являются обработка порошка графита раствором окислителя, промывка окисленного графита водой, перемешивание с соединением металла, сушка и последующая термообработка К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата, который может быть достигнут при помощи заявленного способа относится то, что известный способ не позволяет получить сорбент, обладающий магнитными свойствами В основу заявляемой группы изобретений положена единая задача - разработать сорбент для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, который бы обладал высокой поглощающей способностью наряду с магнитными свойствами, а также разработать способ получения указанного сорбента В результате осуществления заявленной группы изобретений удается повысить поглощающую способность сорбента для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды до 40-50 г/г наряду с достаточно высокими магнитными характеристиками Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объек ту - вещество достигается тем, что в известном сорбенте для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, включающем углеродный и магнитный компоненты, согласно изобретению, в качестве углеродного компонента он содержит терморасширенный графит, а в качестве магнитного компонента оксида железа (Ш) при следующем соотношении компонентов, мае % Терморасширенный графит 70-90 Оксид железа (Ш) 10-30 Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков изобретения, а именно содержание в составе сорбента в качестве углеродного компонента терморасширенного графита, а в качестве магнитного компонента оксида железа (Ш) позволяет достичь требуемый технический результат, что свидетельствует о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-способу достигается тем, что в известном способе, включающем обработку порошка графита раствором окислителя, промывку окисленного графита водой, сушку, перемешивание с соединением металла и последующую термообработку, согласно изобретению в качестве соединения металла берут кристаллогидрат хлорида железа (Ш) в количестве 0,2-1 мас ч на 1 мас ч графита Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, относящаяся к способу получения сорбента для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, а именно обработка порошка графита раствором окислителя, промывка окисленного графита водой, сушка, перемешивание с кристаллогидратом хлорида железа в количестве 0,2-1 мас ч на 1 мас ч графита и последующая термообработка, позволяет достичь требуемый технический результат, что свидетельствует о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа изобретений образует единый изобретательский замысел Для осуществления изобретения берут следующие реагенты Серная кислота "Ч* ГОСТ 4204-77 Пероксодисульфат аммония "Ч" ГОСТ 414674 Графит ГАК-2 Завальевского графитного комбината (Украина) ГОСТ 10273-79 Железо треххлористое шестиводное марки "ОСЧ" ТУ 6-09-1007-77 В качестве исходного вещества для получения сорбента использован графит марки ГАК-2 с размерами частиц 0,25-0,5 мм, зольностью 0,8% и насыпной плотностью 435 г/дм3 Окисленный графит получают по следующей методике В стеклянный реактор загружают в окислительную смесь, содержащую 2 масч концентрированной серной кислоты /d = 1,84 ./см3/ и 0,4 мас ч пероксодисульфата аммония (МН^гбгОе и при перемешивании засыпают кристаллический графит в количестве 1 мае ч Смесь перемешивают до образования пас 27395 тообразной однородной массы, которая через 1015 мин приобретает интенсивную синюю окраску. Появление окраски свидетельствует об образовании бисульфата графита, состав которого отвечает общей формуле C+Z4HSO4 2,5H2SO4. Затем окисленный графит промывают водой до рН промывных вод 6-7 и отфильтровывают. Полученную массу высушивают в сушильном шкафу СНОЛ-3,5 при температуре 100-120°С. Затем перемешивают необходимые количества кристаллогидрата хлорида железа (Ш) и окисленного графита. Полученную смесь помещают в предварительно разогретую шахтную электропечь типа СШОЛ и подвергают термообработке при 900-1000°С в течение 3-5 мин. В результате термообработки получают частицы расширенного графита червеобразной формы. Количество внедренного на поверхности и в массе частиц графита модификатора определяют анализом на зольность по ГОСТ 17818.4-72. Методом рентгенофазового анализа на дифрактометре ДРОН-ЗМ определяют фазовый состав модификатора. По результатам анализа состав модификатора представляет собой смесь а - п у РегОз. Намагниченность насыщения определяют на магнитометре МХД-1 с датчиком Холла (Тверской Университет, Россия). Для испытания заявляемого сорбента на поглощение нефти и нефтепродуктов на поверхность воды помещают определенное количество нефти или нефтепродукта. Затем на поверхность воды помещают определенное количество сорбента. После поглощения сорбент концентрируют в зоне действия магнитного поля при помощи электромагнита и извлекают из воды. После взвешивания определяют количество поглощенной нефти или нефтепродукта по разнице в весе сорбента. Далее приводятся сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Пример 1. 100 г графита ГАК-2 обрабатывают окислительной смесью, полученной растворением 70 г пероксодисульфата аммония в 100 мл 95%-ной серной кислоты. Смесь тщательно перемешивают до образования однородной пастообразной массы, которая через 10 мин, приобретает синюю окраску. Появление окраски свидетельствует об образовании бисульфата графита. Затем бисульфат графита промывают водой до рН 6-7 и отфильтровывают. Окисленный графит высушивают в течение 30 мин, в сушильном шкафу СНОЛ-3,5 при температуре 100-120°С. Высушенный графит в количестве 10 г перемешивают с 5 г кристаллогидрата хлорида железа (Ш) до получения однородной массы. Полученную массу загружают в кварцевый реактор и помещают в шахтную электропечь СШОЛ, разогретую до 1000°С. После термообработки в течение 3 мин. из реактора извлекают частицы терморасширенного графита червеобразной формы. Насыпную плотность свежеприготовленного продукта определяют как отношение его массы и объема в мерном цилиндре. Она составляет 5-7 г/л. Методом определения зольности по ГОСТ 17818.4-72 определяют количество модификатора. Оно составляет 18 мае. %. Фазовый состав модификатора определяют на дифрактометре ДРОН-ЗМ. По результатам анализа состав модификатора представляет собой смесь а и у -FezO3. Намагниченность насыщения определяют на магнитометре МХД-1. Для испытания сорбционных свойств на поверхность емкости с водой вместимостью 50 л и площадью 1,7 х 1 м помещают 450 г нефти Бугреватовского месторождения (Украина) вязкостью 5,6 спз при 20°С. Затем на поверхность воды распыляют 10 г сорбента. Через 3 мин. на поверхности воды образуются комки сорбента с поглощенной нефтью. Под воздействием электромагнита частицы сорбента с поглощенной нефтью концентрируются в зоне наибольшей плотности магнитного поля. После извлечения сорбента его взвешивают на лабораторных весах и определяют количество поглощенной нефти. Данные по составу сорбента, намагниченности насыщения и поглощающей способности приведены в примере 1 таблицы. Примеры 2-5. Поступают аналогично примеру 1, за исключением того, что изменяют соотношение кристаллогидрата хлорида железа (Ш) в расчета на 1 мас. ч графита. В пределах заявляемого интервала поставленная задача достигается (примеры 2,3). Использование в составе сорбента оксида железа (Ш) в количестве 5 мас.% (пример 4) приводит к снижению магнитной восприимчивости частиц сорбента, а в количестве 60 мас.% к снижению поглощающей способности сорбента и к выпадению незначительной части сорбента с поглощенной нефтью в осадок, что может привести к загрязнению дна водоемов. Кроме того, происходит перерасход кристаллогидрата хлорида железа (Ш). Ввиду вышеизложенного выходить за пределы заявленных в формуле изобретения соотношений терморасширенного графита и оксида железа (Ш) нецелесообразно. Пример 6. Поступают так, как в примере 1, за исключением того, что вместо нефти используют машинное масло (ТУ 6-15-691-77). После поглощения масла сорбентом и последующего его удаления под воздействием магнитного поля поверхность воды представляется визуально чистой без масляных разводов. Полученные данные по составу сорбента и его свойствам приведены в примере 6 таблицы. Пример 7. В примере приведены данные по поглощающей способности сорбента, взятые из прототипа. Таким образом, заявляемый сорбент для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды позволяет легко и быстро очищать поверхность воды от разлитой нефти или нефтепродуктов, не загрязняет дна водоемов, обладает достаточно высокой матнитной чувствительностью. Для его изготовления не требуется дефицитных материалов. 27395 Состав vі свойства сорбента для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды NftNs п/п Намагниченность Состав сорбента, мае. % Поглощающая Количество кристаллогидрата Оксид железа /III/ Терморасширеннасыщения, способность, А г/г хлорида железа кА ный графит /III/ в ыяг ч ыа 1 м мас. ч. порошка графита flllf 1 2 3 4 5 6 7п древесный уголь магнитное железо О Rnviw* ~t 0,5 1 0,2 0,1 4 0,5 — ПО 1 82 70 90 95 40 82 18 30 10 5 60 18 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03 3 7 2 1 20 3 45 40 50 50 10 45 1,3