Способ очистки воды от углеводородов, сорбент для очистки воды от углеводородов и способ его получения

 

Изобретение относится к очистке воды сорбентами. Для очистки воды от углеводородов, например разлитой на поверхности и/или эмульгированной в воде нефти и/или нефтепродуктов, на поверхность или в объем воды вводят сорбент, выполненный в виде гранул, например шариков диаметром от 3 5 до 10 12 мм, перемешивают очищаемую воду, сорбент и углеводороды принудительно или за счет естественного волнения поверхности водоема до насыщения сорбента углеводородами. Плавающие на поверхности гранулы сорбента, насыщенные углеводородами, могут быть механически удалены. Указанный сорбент получают смешиванием растворов силиката натрия и соляной кислоты с образованием золя поликремневых кислот, формованием гранул застудневшего гидрогеля, водной промывкой гранул, обработкой промытых гранул крепкой соляной кислотой и гидрофобизацией смесью триметилхлорсилана и гексаметилдисилоксана, второй водной промывкой и сушкой гранул сорбента. 3 с.п.ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к очистке воды от разлитых на ее поверхности или диспергированных в объеме углеводородов, например нефти и нефтепродуктов, путем адсорбции, сорбенту для осуществления указанного способа и способу его получения.

В целом ряде областей народного хозяйства приходится решать задачи разделения воды и нефти. Нефтяные пленки, образовавшиеся за счет разлива нефти и нефтепродуктов на поверхность водоемов, углеводородные жидкости и эмульсии, используемые при резании металлов, промывочные жидкости, образовавшиеся при удалении углеводородных загрязнений с поверхности земли, стенок резервуаров и емкостей, все это представляет собой лишь неполный перечень технических объектов, генерирующих подлежащие разделению и очистке жидкости, содержащие углеводороды и воду.

Известен способ очистки воды от углеводородов, приемлемый для всего обозначенного круга объектов, включающий введение на поверхности и/или в объем воды сорбента на основе гидрофобного и олеофильного диоксида кремния с развитой удельной поверхностью, перемешивания воды, углеводородов и сорбента до насыщения плавающих на поверхности воды частиц сорбента [1, 2] В качестве сорбента в соответствии с [1] используют модифицированный органосиланами силикагель, а в соответствии с [2] используют пирогенный диоксид кремния ("аэросил"), предварительно гидрофобизированный обработкой 2, 4, 6, 8-октаметилциклотетрасилоксаном и при необходимости дополнительной обработкой гексаметилдисилазаном.

Более подробно известная технология [2] заключается в следующем.

В первом варианте сорбент рассыпают (или распыляют) на поверхность воды с углеводородным загрязнением, затем смесь воды, углеводородов и сорбента перемешивают для интенсификации процесса сорбции (под этим термином подразумевают как молекулярную адсорбцию, так и адгезию углеводорода к поверхности сорбента). Если сорбент используют для удаления углеводородов с поверхности водоемов, перемешивание осуществляют за счет естественного волнения моря, озера, реки.

В емкостях со стоячей водой (резервуары, баки и т.п.) возможно вести любое механическое перемешивание, например сжатым воздухом.

Во втором варианте осуществления технологии очистки сорбент посредством насоса или сжатого воздуха подают под поверхность воды, загрязненной углеводородами. Вследствие гидрофобности и малой плотности сорбент всплывает на поверхность; дальнейшая технология, описанная выше, не изменяется.

В обоих вариантах после насыщения сорбента углеводородами он может быть механически удален с поверхности, например собран сетями или насосами, отделен от воды на сите, и затем загружен в емкости и направлен на узел рекуперации углеводородов или сожжен вместе с ними.

Основным недостатком пирогенного аэросила является его недостаточная маслоемкость, не превышающая 6-6,5 г поглощенного углеводорода на 1 г сорбента. Другой недостаток связан с тем, что пирогенный диоксид кремния представляет собой мелкодисперсный порошок с частицами субмикронного размера. Вследствие этого при его распылении на поверхность неизбежны потери, как и при введении его под поверхность воды. Эти недостатки сорбента влекут за собой повышенный его расход, что усложняет и удорожает способ очистки воды.

Предлагаемый способ очистки воды от углеводородов путем сорбции включает введение на поверхность и/или в объем очищаемой воды сорбента на основе гидрофобного и олеофильного диоксида кремния с развитой удельной поверхностью, перемешивание воды, углеводорода и сорбента до насыщения плавающих частиц сорбента углеводородами. Особенностью предлагаемого способа является использование в качестве сорбента гранул органосиликагеля, полученных смешиванием растворов силиката натрия и соляной кислоты с образованием золя поликремниевых кислот, формированием гранул застудневшего гидрогеля, водной промывкой гранул, обработкой промытых гранул крепкой соляной кислотой, их гидрофобизацией смесью триметилхлорсилана и гексаметилдисилоксана, второй водной промывкой и сушкой гранул.

Хотя это и не является критическим, гранулы при традиционных способах формирования получаются в форме шариков диаметром от 3-5 до 10-12 мм.

Известен сорбент для очистки воды от углеводородов, представляющий собой гидрофобный и олеофильный диоксид кремния с развитой удельной поверхностью [2] Данный сорбент представляет собой пирогенный диоксид кремния ("аэросил"), гидрофобизированный обработкой 2, 4, 6, 8-октаметилциклотетрасилоксаном и при необходимости дополнительной обработкой гексаметилдисилазаном.

Достоинством данного сорбента является его способность образовывать при насыщении углеводородами глобулы размером от 0,5-2 до 4-6 см, плавающие на поверхности воды, что облегчает последующее удаление сорбента с углеводородами с поверхности водоема.

Недостатками этого сорбента являются ограниченная маслоемкость способность поглощать углеводороды (сорбент поглощает не более 6 г углеводородов на 1 г сорбента), а также его физическая форма (он является тонкодисперсным пылящим на воздухе порошком).

Предлагаемый сорбент для очистки воды от углеводородов представляет собой гидрофобный и олеофильный диоксид кремния с развитой удельной поверхностью. Сорбент выполнен в форме гранул, полученных смешиванием растворов силиката натрия и соляной кислоты с образованием золя поликремниевых кислот, формованием гранул застудневшего гидрогеля, водной промывкой гранул, обработкой промытых гранул крепкой соляной кислотой, их гидрофобизацией смесью триметилхлорсилана и гексаметилдисилоксана, второй водной промывкой и сушкой гранул сорбента.

Получаемый сорбент характеризуется способностью поглощать 12 и более грамм углеводородов на 1 г сорбента и не имеет недостатков, связанных с физической формой сорбента-прототипа [2] Обычно он выполнен в форме шариков диаметром от 3-5 до 10-12 мм, хотя форма и размер гранул не являются критическими.

Из уровня техники известен также сорбент для очистки поверхности воды от углеводородов, представляющий собой гидрофобизированные гранулы вспученного перлита. Однако его низкая маслоемкость и способность поглощать до 10-12 мас. воды уже через 24 ч после введения в очищаемую воду показывает, что предлагаемый сорбент является изделием более высокого технического уровня.

Предлагаемый способ получения сорбента для очистки воды от углеводородов, как и способ-прототип [1] включает гидрофобизацию обработкой реагентом, содержащим полиметилсилоксан, но в отличие от прототипа сорбент получают смешиванием растворов силиката натрия и соляной кислоты с образованием золя поликремниевых кислот, формированием гранул застудневшего гидрогеля, которые промывают водой, обрабатывают крепкой соляной кислотой, затем гидрофобизируют гранулы обработкой смесью триметилхлорсилана и гексаметилдисилоксана, осуществляют вторую водную промывку и сушат гранулы сорбента.

Из уровня техники не известны способы получения гранул сорбента, включающие обработку свежеосажденного геля крепкой соляной кислотой, непосредственно следующей за таковой обработкой гидрофобизацию, что обусловливает соответствие предлагаемого изобретения критерию "изобретательский уровень".

П р и м е р 1. 1,25 N раствор силиката натрия смешивают с 1,0 N раствором соляной кислоты до образования золя поликремниевых кислот с показателем рН 8,4. Содержание SiO₂ в золе 40 г/л.

Полученные после застудневания гранулы гидрогеля отмывают водой в течение 8-12 ч.

Отмытый гидрогель обрабатывают в течение 2-4 ч 7-9 N раствором соляной кислоты.

Раствор соляной кислоты декантируют, а солянокислый гидрогель заливают модифицирующей смесью, содержащей 50 мас. триметилхлорсилана и 50 мас. гексаметилдисилоксана. Через 20-24 ч модифицирования жидкую фазу сливают, а полученный органогель промывают и сушат в вакуум-сушильном шкафу при 140^оС и остаточном давлении 50 торр.

Указанным способом, изменяя только условия отмывки гидрогеля водой и условия обработки отмытого гидрогеля раствором соляной кислоты, были приготовлены образцы сорбентов, представленные в табл.1.

В табл.2 представлены основные физико-химические свойства образцов сорбентов, синтезированных по предлагаемому способу получения и прототипу.

Анализ данных табл. 1 и 2 показывает, что использование предлагаемого способа получения сорбента при предварительной обработке отмытого гидрогеля раствором соляной кислоты непосредственно перед модифицированием позволяет получать сорбент для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды самого высокого качества, имеющего физико-химические и сорбционные свойства, значительно превышающие таковые у прототипа.

П р и м е р 2. В 10-литровый цилиндрический сосуд диаметром 150 мм наливают 5 л водопроводной воды. К воде при комнатной температуре добавляют 50 г углеводородов (различных нефтепродуктов) и подвергают смесь барботажному перемешиванию воздухом, подаваемым через маточник, установленный у дна сосуда.

Через 0,5 ч к полученной смеси добавляют порцию сорбента (1 г) и содержимое перемешивают 2,5 ч, как было указано выше. Сорбент, насыщенный углеводородом, удаляют. Добавляют еще 4 г сорбента и повторяют опыт в течение 24 ч. Проводят визуальную оценку поверхности воды. Удовлетворительным считают сорбент, когда на поверхности воды нет видимых масляных пленок. Анализирует также количество углеводорода, поглощенного первой порцией сорбента маслоемкость сорбента. Результаты испытаний приведены в табл.3.

Приведенные примеры поясняют и иллюстрируют предлагаемое изобретение, но не ограничивают его объем, определяемый формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Способ очистки воды от углеводородов, включающий введение на поверхность и/или в объем очищаемой воды сорбента на основе гидрофобизованного диоксида кремния и перемешивание до насыщения сорбента углеводородами, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют свежеосажденные гранулы солянокислого гидрогеля, гидрофобизованные смесью триметилхлорсилана и гексаметилдисилоксана в жидкой фазе.

2. Сорбент для очистки воды от углеводородов на основе гидрофобизованного органохлорсиланами диоксида кремния, отличающийся тем, что он выполнен в виде гранул, полученных смешением растворов силиката натрия и соляной кислоты с образованием золя поликремниевых кислот, формованием гранул гидрогеля, водной промывкой гранул, их обработкой концентрированной соляной кислотой, гидрофобизацией солянокислых гранул гидрогеля смесью триметилхлорсилана и гексаметилдисилоксана в жидкой фазе, повторной промывкой и сушкой.

3. Способ получения сорбента для очистки воды от углеводородов, включающий гидрофобизацию диоксида кремния органохлорсиланами, отличающийся тем, что гидрофобизации подвергают гранулы свежеосажденного солянокислого гидрогеля, полученные смешением растворов силиката натрия и соляной кислоты с образованием золя поликремниевых кислот формованием гранул гидрогеля их промывкой водой и обработкой концентрированной соляной кислотой, а гидрофобизацию ведут смесью триметилхлорсилана и гексаметилдисилоксана в жидкой фазе и последующей промывкой и сушкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2