Способ получения гидрофобного адсорбента для очистки природных и сточных вод от нефтепродуктов
Владельцы патента RU 2447935:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) (RU)
Изобретение относится к способам получения адсорбентов для очистки вод, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, и может быть использовано при очистке сточных вод тепловых электрических станций (ТЭС). Способ получения адсорбента включает обработку шлама осветлителей ТЭС раствором полиметилгидридсилоксана и последующую термообработку. Технический результат изобретения заключается в расширении номенклатуры нефтяных сорбентов при снижении стоимости. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Изобретение относится к обработке воды, в частности к обработке адсорбентами вод, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, и может быть использовано при охране окружающей среды, при очистке сточных вод тепловых электрических станций (ТЭС), а также при охране окружающей среды для удаления разливов нефти и нефтепродуктов с поверхности воды.
Среди наиболее эффективных способов очистки нефтесодержащих вод, обеспечивающих конечное содержание нефтепродуктов в воде практически на уровне предельно допустимых концентраций (ПДК), важная роль принадлежит адсорбции на микропористых сорбентах. В ряду сорбентов такого типа наиболее перспективными, ввиду их доступности и простоты технологии изготовления являются природные неорганические материалы, модифицированные кремнийорганическими соединениями (Пимтенко А.Т., Патенко А.А., Таресович Ю.И. и др. Технология получения и применения в водоочистке вспученного перлита. Химия и технология воды. 1981, №3, с.242-247).
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ получения гидрофобного адсорбента, включающий модифицирование вспученного перлита полиметилгидридсилоксаном с последующей термообработкой (Патент RU №2055637, МПК B01J 20/16, C02F 1/28, дата опубл. 10.03.1996).
Вспученный перлит модифицируют полиметилгидридсилоксаном при объемном соотношении жидкой и твердой фаз, равном (0,3-0,6):1 соответственно, до нанесения 30-50% модификатора от массы перлита, и термообработку ведут при 320-380°С в течение 18-30 минут.
Недостатком известных адсорбентов является то, что перлит - это природный минерал, который необходимо добывать, производить его вспучивание на специальном оборудовании, осуществлять транспортировку к месту очистки и его складирование, при этом значительно возрастает стоимость адсорбента, полученного на его основе и, следовательно, окончательная стоимость очистки нефтесодержащих вод для потребителя нефтяного сорбента.
Задачей изобретения является снижение стоимости и повышение эффективности очистки природных и сточных вод от нефти и нефтепродуктов, преимущественно водохранилищ-охладителей и сточных вод ТЭС, расширение номенклатуры нефтяных сорбентов за счет получения по месту очистки гидрофобного адсорбента на основе отходов производства ТЭС и исключения благодаря этому дополнительных затрат на его транспортировку.
Технический результат достигается тем, что в способе получения гидрофобного адсорбента для очистки природных и сточных вод от нефтепродуктов, включающем модифицирование неорганического материала полиметилгидридсилоксаном с последующей термообработкой, согласно предлагаемому изобретению в качестве неорганического материала используют шлам осветлителей тепловых электрических станций (ТЭС) с диаметром зерен 0,01-1,4 мм, модифицирование проводят 8%-ным водным раствором полиметилгидридсилоксана при объемном соотношении жидкой и твердой фаз, равном (0,2-0,3):1 соответственно, а термообработку ведут при 400-420°С в течение 8-10 минут. При этом получение гидрофобного адсорбента осуществляют для очистки от нефтепродуктов, преимущественно природных вод водохранилищ-охладителей и сточных вод тепловых электрических станций (ТЭС).
Шлам образуется в осветлителе ТЭС при известковании и коагуляции сырой воды на водоподготовительной установке тепловых электрических станций.
Химический состав шлама:
СаСО3+MgCO3+Mg(OH)2+SiO2+Fе(ОН)3+Аl(ОН)3.
На чертеже представлена зависимость изменения сорбционной емкости адсорбентов, полученных при разных условиях обработки, от времени.
Способ реализуется следующим образом.
Сорбционные свойства шлама осветлителей ТЭС объясняются наличием сильнополярных групп гуминовых веществ природной воды. Анализ образца шлама методом газовой хроматомасс-спектроскопии выявил наличие функциональных групп гуминовых веществ: -ОН, -NH, -СН3, -СН2, ароматические С=С - связей, С-О - карбоксильных групп и ОН-спиртовых групп.
Для придания шламу осветлителей ТЭС водоотталкивающих свойств проводим гидрофобизацию его поверхности. Шлам был модифицирован полиметилгидридсилоксаном ГКЖ - 94М (ТУ 6-02-691-76). В полиметилгидридсилоксане CH3(SiHO)n, где n=10-15, содержание активного водорода, достигает 1.5-1.8 мас.%. Кинематическая вязкость при 20°С - 15 ССт, рН водной вытяжки 6-7. Для получения гидрофобного адсорбента шлам осветлителей ТЭС смешивают с 8%-ным водным раствором полиметилгидридсилоксана, при объемном соотношении жидкой и твердой фаз, равном (0,2-0,3):1 соответственно.
Шлам осветлителей ТЭС тщательно перемешивают и подвергают термоокислению в муфельной печи при 400°С-420°С в течение 8-10 минут, за счет чего происходит испарение растворителя из пор сорбента, разложение органических веществ, частичная карбонизация поверхности. Далее адсорбент извлекают и охлаждают до комнатной температуры. Полученный модифицированный адсорбент готов к употреблению.
Пример конкретного исполнения.
Навеску шлама осветлителей ТЭС (50 г) фракции 0.01-1.4 мм (количество шлама фракции 0,01-0,09 мм равна 30%, 0,09-1,4 мм - 60%, остальное количество - 10% - составляет шлам фракции 1,4 мм 10%) обрабатывают 12,5 мл 8%-ным водным раствором полиметилгидридсилоксана (ГКЖ-94М), при объемном соотношении жидкой и твердой фаз, равном 0,25:1 соответственно. Смесь тщательно перемешивают, помещают в муфельную печь, нагретую до 410°С, и выдерживают при этой температуре в течение 9 минут, затем модифицированный материал выгружают и охлаждают на воздухе.
Полученный гидрофобный адсорбент помещают в емкость с водой, искусственно загрязненной нефтью Шийского месторождения, на 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 60, 180 минут. Измеряют сорбционную емкость сорбента (см. чертеж, на котором представлена зависимость изменения сорбционной емкости модифицированного шлама по сравнению с другими вариантами обработки шлама). По графику видно, что сорбционная емкость обработанного предлагаемым способом адсорбента выше на 100-120% по сравнению со шламом, не прошедшим термообработку в печи.
Полученный гидрофобный адсорбент в количестве 3 г насыпают в стеклянный стакан, заполненный 500 мл воды, содержащей 3,5 г нефтепродукта. Производят механическое перемешивание до полного поглощения нефтепродукта. Отфильтровывают отработанный сорбент и очищенную воду анализируют на содержание в ней нефтепродуктов.
Результаты, представленные в таблице 1, доказывают высокую эффективность очистки воды от нефтепродуктов.
Исходная концентрация нефтепродуктов в воде
Сисх=3500 мг/л,
ПДК=0,3 мг/л.
| Таблица 1 | |||||
| Остаточное содержание нефтепродуктов в воде | |||||
| Пример | Объемное соотношение Ж:Т | Термообработка | Концентрация эмульсии, мас.% | Концентрация нефтепродуктов в очищенной воде, Сост,, мг/л | |
| Т, °С | τ, мин. | ||||
| 1 | 0,2 | 410 | 9 | 8 | 0,0008 |
| 2 | 0,25 | 410 | 9 | 8 | 0,0005 |
| 3 | 0,3 | 410 | 9 | 8 | 0,0007 |
Изобретение может быть использовано для очистки природных и сточных вод от высокодисперсных и растворенных нефтепродуктов в нефтеперерабатывающей, машиностроительной промышленности, тепловой и атомной энергетике, а также в технологических процессах.
1. Способ получения гидрофобного адсорбента для очистки природных и сточных вод от нефтепродуктов, включающий модифицирование неорганического материала полиметилгидридсилоксаном с последующей термообработкой, отличающийся тем, что в качестве неорганического материала используют шлам осветлителей тепловых электрических станций (ТЭС) с диаметром зерен 0,01-1,4 мм, модифицирование проводят 8%-ным водным раствором полиметилгидридсилоксана при объемном соотношении жидкой и твердой фаз равном (0,2-0,3):1 соответственно, а термообработку ведут при 400-420°С в течение 8-10 мин.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что получение гидрофобного адсорбента осуществляют для очистки от нефтепродуктов природных вод водохранилищ-охладителей и сточных вод тепловых электрических станций (ТЭС).
