Адсорбент нефти и нефтепродуктов для очистки воды и почвы

 

Изобретение относится к сорбентам и может быть использовано для сбора нефти, масел, мазута, топлив и углеводородов с целью очистки поверхности воды и земли. Сущность изобретения заключается в том, что абсорбент для очистки содержит органическое активное вещество, включенное в пористый твердый материал-носитель, при этом в качестве органического вещества используют смесь фракций жирных кислот C₁₀-C₁₆, C₁₇-C₂₀ и C₂₀-C₂₅ 2 з. п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к сорбентам и может быть использовано для обора нефти, масел, мазута, топлив и углеводородов с целью очистки поверхности воды и земли.

Нефть одно из основных веществ, загрязняющих моря, водоемы, почву. В связи с ростом ее добычи, переработки, перевозок и использования, загрязнению подвергаются все большее число водоемов и площадей почвы. Гибнут флора и фауна, становится непригодной для использования вода. Известно, что 1 л нефти загрязняет 1000000 л воды.

Недостатки известных материалов и способов для очистки воды заключаются прежде всего в очень малой сорбирующей емкости по нефти и нефтепродуктам. Так, адсорбенты на основе древесных стружек, древесной муки, пеньки, глины, золы, вискозы, синтетического волокна, обработанных парафином, силиконовым или нефтяным маслом, моноалкиловыми эфирами полиэтиленгликоля, имеют адсорбирующую емкость по жидким углеводородам лишь 1,5-3,0 кг/кг [1] Модифицированный железом керамзит поглощает нефть с поверхности воды в количестве всего лишь 0,45 г на 1 г сорбента [2] По технической сущности к предлагаемому наиболее близок адсорбирующий материал, содержащий в качестве основы (носителя) торф, а в качестве активного вещества соли алифатических аминов с длиной органической цепи C₈-C₁₈ при следующем соотношении компонентов, мас. Торф 95,0-99,95 Соль амина 0,05-5,0 Сорбционная емкость по маслу известного материала составляет 13-23,5 г/г без учета массы торфа, с учетом массы торфа емкость адсорбента будет меньше. Кроме того, из-за сильной полярности адсорбента "торф+R-NH₃" и большого сродства третичной амино-группы к воде он вместе с нефтью поглощает и воду в виде водонефтяной эмульсии. Поэтому емкость адсорбента по нефти много меньше, чем по маслу [3] К значительным недостаткам известного адсорбента относится дорогостоящая и энергоемкая технология приготовления адсорбента. Из-за плохой растворимости алифатических аминов в воде при обычной температуре их наносят на торф при нагревании водного раствора до 80-90^оС. После этого для удаления воды из адсорбента также необходим нагрев и, возможно, вакуум. Кроме того, из-за малой разветвленной поверхности торфа или малой емкости торфа по активному (адсорбирующему) веществу предельное содержание алифатического амина в торфе составляет лишь 5 мас. Это означает, что известный материал не имеет потенциальной возможности для увеличения сорбционной емкости основного параметра адсорбента. Более того, порошкообразный адсорбент на основе торфа является тонущим в воде материалом. Торфы по своей структуре в зависимости от месторождения сильно различаются между собой.

Цель изобретения увеличение сорбционной способности (емкости) абсорбента по отношению к нефти и нефтепродуктам и уменьшение расхода активного вещества в сорбенте.

Поставленная цель достигается тем, что абсорбент, состоящий из активного вещества и пористого твердого носителя, в качестве активного вещества содержит смеси фракций жирных кислот C₁₀-C₁₆, C₁₇-C₂₀ и C₂₀-C₂₅ при их массовом соотношении 1:1:1, 1:2:3, 2:3:5 и 5:3:2 соответственно и содержании компонентов, мас. Активное вещество 0,1-5,0 Носитель 95,0-99,9 Эффект состава абсорбента для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды и земли достигается при соотношениях фракций жирных кислот C₁₀-C₁₆, C₁₇-C₂₀, C₂₀-C₂₅ как 1:1:1, 1:2:3, 2:3:5, 5:3:2 соответственно и при концентрациях: активных (сорбирующих) веществ 0,1-5,0 мас. носителей (пористых материалов) 95,0-99,9 мас.

Для решения поставленной задачи в работе использованы в качестве пористых материалов техническая вата, х/б и синтетическая листовая ткань, волокна отход текстильной промышленности, а в качестве активных абсорбирующих веществ фракции синтетических жирных кислот C₁₀-C₁₆, C₁₇-C₂₀, C₂₀-C₂₅. Характеристики сорбционной способности абсорбентов по нефти и нефтепродуктам определены весовым методом. Доказательством достижения цели изобретения является увеличение абсорбционной емкости составом при использовании в качестве активных веществ смесей фракций жирных кислот C₁₀-C₁₆, C₁₇-C₂₀, C₂₀-C₂₅ в интервале концентраций 0,1-5,0 мас. Сорбционные характеристики в зависимости от состава и концентрации абсорбентов определены при поглощении слоев нефти (нефтепродуктов) с толщиной 0,3-3 мм с поверхности воды, т. е. когда поверхностные взаимодействие между нефтью и водой является наиболее сильным, разрушение которого может произойти при условии, если взаимодействие между абсорбентом и нефтью окажется сильнее (табл. 1). Составы абсорбентов нефти и нефтепродуктов для очистки воды и земли получают следующим образом.

Методика получения абсорбентов и определения сорбционной емкости. Из технической ваты, или отходов текстильной промышленности (тряпья) готовят мат (носитель) в форме листа толщиной 2-5 см, размером 50х80 см и определяют его массу. Мат погружают в раствор, содержащий 0,5-20 мас. смесей фракций жирных кислот C₁₀-C₁₆, C₁₇-C₂₀, C₂₀-C₂₅ и выдерживают в течение 20-60 мин при комнатной температуре. После этого мат вынимают из раствора, в подвешенном состоянии испаряют из него растворитель до постоянного веса в струе воздуха при комнатной температуре. По разности веса определяют массу активного (абсорбирующего) вещества, содержащегося в мате (носителе). В емкость наливают воду с плотностью 1 г/см³, в воду капают нефть или масло, или дизельное топливо, или углеводород, дожидаясь, пока каждая капля растечется по поверхности воды. После образования сплошного тонкого слоя жидкости на поверхности воды, нефтяной (масляный) слой поглощают (собирают) всей поверхностью мата. После очистки поверхности воды на нее снова наносят нефть (масло) и процедуру поглощения нефтяного (масляного) слоя с поверхности воды или твердого тела повторяют до полного насыщения (постоянного веса) абсорбента. По разности весов определяют массу абсорбированной жидкости. Сорбционную емкость абсорбента определяют по формуле.

E_аб=M_ж/M_аб где M_ж масса абсорбированной нефти (масла); M_аб суммарная масса активного вещества и мата (носителя).

Все абсорбенты, приведенные в табл. 1, получены и испытаны на сорбционную способность к нефти (маслу) с поверхности воды и твердого тела по вышеприведенной методике.

Как видно из табл. 1, предлагаемые абсорбенты на основе смесей фракций жирных кислот C₁₀-C₁₆, C₁₇-C₂₀, C₂₀-C₂₅, нанесенных на техническую вату или х/б ткань, или синтетическое волокно превосходят абсорбенты по прототипу (а. с. 704903) по способности сорбировать нефть с поверхности воды на 26-60 г/г, а масло на 41-43 г/г.

Для предлагаемых абсорбентов сорбционная емкость по нефти составляет в среднем 35-50 г/г для смесей фракций кислот, нанесенных на хлопковые и синтетические волокна, по маслу емкость абсорбентов равна 43-46 г/г, по дизельному топливу 28-33 г/г, а по гептану 22-25 г/г.

Технология приготовления абсорбентов простота и не предусматривает применение нагрева и вакуумной техники. Абсорбенты после регенерации можно использовать многократно (табл. 2). Нефть и нефтепродукты легко отжимаются из абсорбентов под действием центробежных сил или давления. Абсорбенты, пропитанные нефтью и нефтепродуктами, можно использовать в качестве топлива, например, на морских судах или в наземных тепловых установках. Алкилкарбоновые кислоты по химической природе родственны нефти. Адгезионное взаимодействие активных веществ с твердым носителем выше поверхностного взаимодействия нефть-вода, поэтому предлагаемые абсорбенты характеризуются высокой избирательной сорбционной способностью к нефти (маслу) на поверхности воды. Абсорбенты не поглощают воду, активные вещества (алкилкарбоновые кислоты C₁₀-C₂₅) не растворяются в воде.

П р и м е р. Мат из технической ваты 2 см толщиной, размером 50х50 см взвешивают, m=250,7 г, погружают в 6%-ный раствор пентана, содержащего смесь фракций кислот с соотношением 2:3:5 и выдерживают 20 мин, вынимают из раствора и испаряют пентан до постоянного веса мата, m=263,9 г. Мат, содержащий 95 мас. носителя и 5% активного вещества помещают в емкость, заполненную водой с нефтяной пленкой. Масса нефти, поглощенной абсорбентом, равна 13195 г. Масса абсорбента, m=13458,9 г. Таким образом проводят серию опытов, рассчитывают емкость абсорбента и среднюю заносят в таблицу. Емкость абсорбента равна 50 кг/кг. Аналогичным образом получены все остальные результаты (табл. 1).

Нефть, содержащуюся в мате, удаляют центрифугированием. Регенерируемый мат снова используют в поглощении нефти с поверхности воды. После 10-ти циклов насыщения регенерация мата емкость абсорбента уменьшается лишь на 8% (табл. 2).

Формула изобретения

1. АДСОРБЕНТ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ И ПОЧВЫ, содержащий твердый пористый носитель и органическое вещество, отличающийся тем, что в качестве органического вещества он содержит смесь фракций жирных кислот С₁₀ С₁₆, С₁₇ С₂₀ и С₂ - С₂₅ при их массовом соотношении 1 1 1, или 1 2 3, или 2 3 5, или 5 3 2 соответственно.

2. Адсорбент по п.1, отличающийся тем, что в качестве пористого носителя он содержит техническую вату или хлопчатобумажную, или синтетическую ткань, или волокно отход текстильной промышленности.

3. Адсорбент по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он содержит компоненты при их следующем соотношении, мас.

Органические вещества 0,1 5,0 Носитель 95,0 99,9

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2