Сорбційний матеріал для очистки поверхні водних середовищ та грунту від нафти та нафтопродуктів

1. Сорбційний матеріал для очистки поверхні водних середовищ та ґрунту від нафти та нафтопродуктів, що включає гранульований вуглецевий сорбент рослинного походження, який відрізняється тим, що додатково містить подрібнену термоокислену рослинну речовину, що служить суб Винахід відноситься до хімічної технології, а саме, до сорбентів для очищення поверхні води від розлитої нафти та нафтопродуктів, та рекультивації забруднених грунтів і може бути використаний у водному та сільському господарстві, нафтохімічній промисловості та інших галузях народного господарства. Нафта та нафтопродукти, попадаючи у воду, можуть локалізуватись на її поверхні у вигляді суцільних плівок, диспергуватись, створюючи емульсії типу «вода в нафті» і «нафта в воді», і частково розчинятись. Як правило, води, що містять нафту та нафтопродукти очищують механічними, фізико-хімічними, хімічними і біологічними способами, в яких в залежності від ступеню забрудненості вод використовують сорбенти різної природи, які включають в комплексну схему очищення. Відомий сорбент на основі дерев'яної тирси, котрий використовують для поглинання розлитої нафти та нафтопродуктів шляхом розпилення його на поверхні водоймищ [1]. Недоліком цього сорбенту є його низька сорбційна ємкість при поглинанні нафти та нафтопродуктів. Відомий також сорбент для видалення нафти та нафтопродуктів із поверхні води на основі терморозширеного графіту [2]. Недоліком даного сорбенту є швидка втрата сорбційних властивостей стратом для мікроорганізмів, і гідрофобізований спучений перліт при такому співвідношенні компонентів, мас.%: вуглецевий сорбент 3-5 термоокислена рослинна речовина 75 - 80 гідрофобізований спучений перліт 17-20 2. Сорбційний матеріал по п.1, який відрізняється тим, що сировиною для термоокисленої речовини є солома, листя, лузга, очерет, водорості або їх суміш у різних співвідношеннях. 3. Сорбційний матеріал по п.1 або 2, який відрізняється тим, що розмір його частинок становить 1-5мм. частинками графіту в процесі експлуатації за рахунок поглинання ними води. Відомий сорбент для поглинання нафти та нафтопродуктів - гідрофобний спучений перліт [3]. Недоліком даного сорбенту є складність технологічного процесу його отримання, а також недоцільність його використання у зв'язку з проблемами екологічного характеру. Відомий також вуглецевий сорбент для поглинання плівки нафтопродуктів на воді на основі кам'яного вугілля [4]. Недоліком даного сорбенту є висока енергоємність процесу отримання (температура нагріву 600 - 850°С), невисока питома поверхня (100 - 200м2/г), висока собівартість (більше 1,0$/кг), низький вихід готового продукту (значно менше 20%). Найбільш близьким до винаходу по технічній суті та досягнутому результату є сорбент для поглинання нафти та нафтопродуктів на основі відходів сільськогосподарського виробництва - лузги рису, гречки, вівса, жита [5]. Недоліком даного сорбенту є висока температура термообробки (300 450°С), низький вихід готового продукту, обмежене джерело сировини, відносно висока собівартість (більше 1,1$/кг), великий вміст неорганічної складової в вугіллі (більше 55%), невисока нафтоємкість, а також велика водопоглинальна здатність 41550 сорбенту, що зумовлює низьку якість очистки і недопустимо велику її тривалість. Таким чином, відомі сорбенти потребують покращення їх експлуатаційних характеристик, підвищення ступеню очищення води від плівок, емульсій та водорозчинної частини нафтопродуктів до норм ГДК. Задачею даного винаходу є розробка сорбенту на основі вуглецевих та природних сорбуючих матеріалів для очищення поверхні води від нафти та нафтопродуктів, котрий би забезпечував високу ступінь очистки і скорочував її тривалість, тобто сприяв прискоренню ліквідації екологічних аварій. Розроблений сорбент на основі вуглецевих та природних сорбуючих матеріалів дає можливість одержати технічний результат, що полягає в підвищенні ступеню очистки водної поверхні та грунтів від нафти та нафтопродуктів, скороченні часу ліквідації екологічних аварій, зниженні затрат на процес очищення. Для досягнення вказаного технічного результату сорбційний матеріал для очистки поверхні водних середовищ та грунту від нафтопродуктів, що включає гранульоване активоване вугілля рослинного походження, згідно винаходу, додатково містить подрібнену термоокислену рослинну речовину, виготовлену, наприклад, з соломи, листя, соняшника, лузги, очерету, водоростей та іншої сировини - сировини «зеленого типу», що служить субстратом для мікроорганізмів, і мінеральний поруватий сорбуючий матеріал, наприклад, гідрофобізований спучений перліт при такому співвідношенні компонентів, мас. %: активоване вугілля 3-5 термоокислена рослинна речовина 75 - 80 природний поруватий сорбуючий матеріал (гідрофобізований спучений перліт) 17-20 Для виготовлення термоокисленої речовини використовують рослинну сировину «зеленого типу» різного типу. Як сорбент для очищення поверхні води і грунтів від нафти та нафтопродуктів використовують суміш гранульованих частинок вугілля, термоокисленої вуглецьвмістної рослинної речовини та мінерального поруватого сорбуючого матеріалу, наприклад, гідрофобізованого спученого перліту розміром 1 - 5мм. Використання комбінованого сорбуючого матеріалу (сорбенту), що містить активоване вугілля, термоокислену рослинну речовину та мінеральний поруватий сорбуючий матеріал, наприклад, гідрофобізований спучений перліт в межах заявлених співвідношень компонентів дає можливість підвищити ступінь очищення поверхні води від нафти та нафтопродуктів, особливо від водорозчинної частини нафтопродуктів, що може покращити екологічний стан водно-фунтового середовища. Сорбент такого типу має водопоглинальну здатність досить низьку - менше 1%, що значно краще вуглецевого сорбенту на основі кам'яного вугілля та вугілля на основі полови зернових. Використання заявленої суміші гранульованих частинок дозволить додатково знизити вартість процесу очищення поверхні води від нафти та нафтопродуктів за рахунок низької собівартості складових компонентів суміші - термоокисленої рослинної речовини та невеликої кількості мінерального поруватого сорбуючого матеріалу (гідрофобізованого спученого перліту). Це сприяє більш широкому використанню таких сорбентів для очищення великих площ забрудненої водної поверхні або грунту, що особливо важливо в період ліквідації наслідків екологічних аварій. В запропонованому сорбенті, крім застосування термоокисленої рослинної речовини і мінерального сорбуючого матеріалу, відмінними від прототипу ознаками у всіх випадках виготовлення заявленого матеріалу є використання нових різновидів суміші сорбуючих матеріалів, що приводить до підвищення ступеню очищення води від нафти та нафтопродуктів, скорочення часу поглинання нафти із поверхні води, а також зниження водопоглинання сорбенту завдяки невеликому вмісту неорганічних сполук в вихідній сировині, та використанню мінерального поруватого сорбуючого матеріалу з гідрофобними властивостями. Таким чином, заявлене технічне рішення відповідає критерію винаходу «новизна». Аналіз відомих сорбентів для очищення поверхні води від нафти та нафтопродуктів показав, що деякі із застосованих в сорбентах матеріали окремо відомі, наприклад, вугілля, лузга, перліт. Однак їх використання у відомих технологіях очищення води від нафти та нафтопродуктів не приводить до таких результатів, які досягнуті в заявленому рішенні, а саме - високий ступінь очищення, низькі енергозатрати та невелика собівартість сорбентів завдяки використанню рослинної сировини «зеленого типу» та мінеральних поруватих сорбуючих матеріалів. Залежність відрізняючих ознак і одержаного результату з літератури невідома. Це дає можливість зробити висновок про творчий характер розробки, тобто відповідність заявленого рішення критерію «винахідницький рівень». Для приготування сорбенту використовували активоване вугілля із деревини, наприклад , типу БАУ. Термоокислену рослинну речовину одержували із відходів сільськогосподарської продукції (соломи, соняшника, зеленої маси дикоростучих рослин (очерет, листя) та водоростей) шляхом обробки сировини при температурі 250 - 350°С на протязі 4 - 7хв. Насипна щільність одержаної термоокисленої сировини складає 0,3 - 0,4г/см3. Об'єм сорбційних пор - О,3см3/г, питома поверхня - 600 800м2/г. Спучений перліт одержували із природної сировини - перліту шляхом його термообробки при температурі 550 - 600°С та наступної гідрофобізації. Сорбент отримували шляхом перемішування активованого вугілля, подрібненої термоокисленої рослинної речовини та мінерального поруватого сорбуючого матеріалу - гідрофобізованого спученого перліту до однорідної суміші гранульованих частинок вугілля та інших компонентів. Випробування проводили шляхом утворення на поверхні води плівки нафти та нафтопродуктів з наступним нанесенням на водну поверхню сорбенту. З допомогою секундоміра виміряли час погли 41550 нання нафти та нафтопродуктів сорбентом. ня. Час поглинання тривав 8хв. Як видно із таблиНижче наводяться дані, що підтверджують ці, час поглинання плівки (в кількості 90%) запроможливість здійснення винаходу. понованим сорбентом значно менший, ніж для Приклад 1. Подрібнену солому піддавали терсорбенту із лузги жита (прототип) - 8с проти 40с. мообробці при 300°С на протязі 5хв. ТермоокисПриклад 3. Одержували сорбент і очищали лена рослинна речовина, одержана такою обробводу від нафти аналогічно прикладу 1. Склад кою сировини характеризується великим (> 50%) 5:77:18. Одночасно вимірювали водопоглинання виходом готового продукту, що значно перевищує сорбенту (по часу його занурення та поглинання вихід вуглецевого матеріалу, одержаного по пронафти і води). Із даних таблиці видно, що розробтотипу (Т = 400 - 450°С) - вихід « 21 - 25% . Вугілля лений сорбент має найменшу водопоглинальну здатність. БАУ змішували з термоокисленою рослинною речовиною (соломою) і гідрофобізованим спученим Література 4 перлітом у пропорції 3:77:20мас.% відповідно. В 1. А.С. СРСР, № 998645. МКИ Е 02 В 15/04. Опубл. в стакан ємкістю ЮООмл наливали 200мл води. На бюл. №7,1983р. 4 поверхню води наливали 1мл нафти. Нафтопро2. Патент ФРН №2536807. МКИ С 09 К 3/32,1977. дукт утворював плівку на поверхні води. На розли3. Безрудько О.В., Забела К.А., Крупа А.А., // Обту поверхню нафтопродукта висипали вищезгадазор информ. Нефт. промышленность. Серия: Трансний сорбент у кількості 1г і за допомогою порт и хранение нефти и нефтепродуктов.- М.секундоміра стежили за часом поглинання сорбенВНИИОЭНГ- 1985.-Вып.5 (63) - 53с. том плівки нафтопродукту, який тривав 7хв., потім 4. Р.Х.Мерц, К.Ф.Косыгина, В.Б.Боксер. Плавающий оцінювали по кількості поглинутої нафти на одиуглеродистый адсорбент для поглощения пленки ницю маси використаного сорбенту його нафтоємнефтепродуктов на воде. Химия и технология воды, 1998, т.20,№3,с.ЗО 1-304. кість. Із даних, приведених в таблиці видно, що запропонований сорбуючий матеріал (сорбент) 5. И.Г. Гафаров, В.С.Тимофеев, А.П.Фокин. Разработка характеризується вищою нафтоємкістю, ніж сортехнологии сорбента из растительного сырья для очибент із прототипу - сорбент із лузги жита (бмл/г стки гидросферы от нефтепродуктов. XVI Менделеевский съезд по общей и неорганической химии .- М.: проти 2мл/г). 1998, Т.З, с.63 - 64 - прототип. Приклад 2. Одержували сорбент аналогічно прикладу 1. Поглинання плівки нафтопродукту здійснювали сорбентом у кількості 1г. Склад 4:76:20. Одночасно слідкували за часом поглинанТаблиця ПРИКЛАДИ ПАРАМЕТРИ 1 2 3 4 5 прототип Співвідношення компонентів сорбуючого матеріалу 3:77:20 4:76:20 5:77:18 4:79:17 5:76:19 Нафтоємність, мл/г 6 6,5 5,4 3,2 2,9 2,0 Водопоглинання, % 0,2 0,2 0,15 0,8 1,0 3,5 7 8 12 13 11 40 Час поглинання плівки нафти, с ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул. Сім'ї Хохлових, 15, м. Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90