Способ получения сорбента с магнитными свойствами для сбора нефтепродуктов с водной поверхности
Владельцы патента RU 2518586:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВПО "ВГУИТ") (RU)
Изобретение относится к сорбентам, применяемым в области охраны окружающей среды для очистки водной поверхности от нефтепродуктов с использованием магнитного поля. Cорбент получают перемешиванием железосодержащих отходов металлургического производства с отходами производства минеральных удобрений и анионным ПАВ, представляющим собой производные жирных кислот. Перемешивание осуществляют при температуре 60°C. Смесь гомогенизируют до однородного состояния. Получают сорбент, содержащий в пересчете на элементный состав в мас. %: кальций - 34, кислород - 44, углерод - 13, железо - 8, водород - 0,6, натрий - 0,4. Изобретение позволяет использовать железосодержащие отходы металлургического производства и минеральных удобрений для получения сорбента с повышенной сорбционной способностью и пониженным водопоглощением. 2 пр.
Изобретение относится к химической промышленности, в частности к сорбентам, применяемым в области охраны окружающей среды для очистки водной поверхности от нефтепродуктов с использованием магнитного поля.
Известен способ получения графитового сорбента [Пат. №2134155 РФ, МПК Кл7 B01J 20/06, B01J 20/20, B01J 20/30. Способ получения графитового сорбента/ Коваленко Б.М.; Козлов С.И.; Сидоренко В.Г.; Тульский В.Ф.; Усошин В.А; №98119701/25; заявл. 03.11.1998; опубл. 10.08.1999], полученного путем термического расширения порошка окисленного графита, и предусматривающий его предварительное перемешивание с порошком соединений железа, кобальта или никеля в органической жидкости для придания сорбенту магнитоактивных свойств, отделение органической жидкости, высушивание твердой фазы до сыпучего состояния и ее термическое расширение при 900-1300°С. В качестве соединения железа преимущественно используют оксидные соединения, в частности магнетит (Fе3O4).
Недостатком известного способа является высокая стоимость за счет высоких энергозатрат технологического процесса.
Известен способ получения сорбента для сбора разлитой нефти [Пат. №2096079 РФ, МПК B01J 20/00, C02F 1/28. Способ получения сорбента для сбора разлитой нефти/ Бочкарев Г.П.; Кагарманов Н.Ф.; Нугаев Р.Я.; Крупнов А.Н.; Крупнов Б.Н.; Галикаев И.А.; Логиновский В.И.; Жигалов В.Г; Общество с ограниченной ответственностью Фирма "ЭКОНГ" - №95109823/25; заявл. 14.06.1995; опубл. 20.11.1997], который заключается в том, что предварительно вспененные полистирольные гранулы подвергают диспергированию с одновременной подачей смеси порошкообразной черной сажи и феррита стронция, взятых в соотношении 1:2, количество подаваемой порошкообразной смеси составляет 20-60% от массы гранул.
К недостаткам данного способа можно отнести его высокую себестоимость и создание вторичного загрязнения за счет использования сажи.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является сорбент для сбора нефти, масел и иных углеводородов [Пат. №2088534 РФ, МПК Кл7 2088534 (13) C1, (51) 6 C02F 1/28, B01J 20/20. Порошкообразный сорбент для сбора нефти, масел и других углеводородов / Филиппов В.И.; Добринский Э.К.; Малашин С.И.; Сафонов А.П.; Ленская Г.А; Общество с ограниченной ответственностью "ИноТЭМ" - №95118832/25; заявл. 1995.11.04; опубл. 1997.08.27], содержащий углерод, водород и ферромагнетики. Порошок получают плазмохимическим способом при распылении ферромагнитного материала в плазменной дуге, где производят подачу углеводородов.
Недостатком данного сорбента является его высокая стоимость за счет использования дорогостоящих компонентов, сложность получения, высокие энергозатраты.
Технической задачей изобретения является разработка способа получения сорбента с магнитными свойствами для сбора нефтепродуктов с водной поверхности, позволяющего при его получении использовать магнетитовые отходы металлургического производства, обладающие сильными магнитными свойствами, и химически осажденный карбонат кальция, являющийся отходом производства минеральных удобрений, обладающий высокой сорбционной способностью, и анионное ПАВ, представленное стеаратом натрия. Кроме того, упростить способ и снизить энергозатратность за счет сокращения времени гомогенизации и понижения рабочих температур.
Для решения технической задачи изобретения предложен способ получения сорбента с магнитными свойствами для сбора нефтепродуктов с водной поверхности, характеризующийся тем, что готовят сорбент перемешиванием неорганической составляющей, в качестве которой используют магнетитовые отходы металлургического производства и химически осажденный карбонат кальция, являющийся отходом производства минеральных удобрений с органической частью, представленной анионным ПАВ-стеаратом натрия, перемешивание осуществляют при температуре 60°С при массовом отношении магнетитовых отходов металлургического производства: химически осажденного карбоната кальция: стеарата натрия, равном 10:89:1, соответственно, смесь гомогенизируют до однородного состояния, обеспечивая получение сорбента, содержащего в пересчете на элементный состав в массовых %: кальций - 34, кислород - 44, углерод - 13, железо - 8, водород - 0,6, натрий - 0,4.
Технический результат изобретения заключается в повышении сорбционной способности сорбента с магнитными свойствами для сбора нефтепродуктов с водной поверхности, в понижении водопоглощения за счет придания гидрофобных свойств, и упрощении технологического процесса.
Способ получения сорбента с магнитными свойствами для сбора нефтепродуктов с поверхности воды осуществляют следующим образом.
Магнетитовые отходы металлургического производства смешивают с химически осажденным карбонатом кальция и стеаратом натрия в отношении равном 10:89:1, смесь нагревают при температуре 60°С в течение 15 мин, затем гомогенизируют до однородного состояния. При этом происходит измельчение и равномерное перераспределение частиц неорганической и органической частей по всему объему сорбента. Стеарат натрия при температуре 60°С расплавляется и при смешивании равномерно покрывает смесь магнетитовых отходов металлургического производства и химически осажденного карбоната кальция, тем самым обеспечивая гидрофобность получаемого сорбента.
Предлагаемый сорбент представлен в виде порошка, частицы которого имеют сферическую форму и размер от 10 до 50 мкм.
Предлагаемый сорбент состоит из двух частей, неорганической и органической в массовом отношении 99:1, соответственно. Органическая часть представлена анионным ПАВом-стеаратом натрия. Неорганическая представлена магнетитовыми отходами металлургического производства - 89% и химически осажденным карбонатом кальция - 10%. Высокая сорбционная способность порошка достигается подбором оптимального соотношения компонентов сорбента. Исследуемый сорбент обладает хорошей плавучестью и может оставаться на воде более 100 часов, этого запаса достаточно для завершения всех операций по очистке поверхности и сбору отработанного сорбента.
Предлагаемый сорбент применили для сбора нефтепродуктов с поверхности воды, а именно масел, бензина, мазута и др.
Исследования по использованию сорбента проводили в морской воде. Высокодисперсная магнитная фаза ферромагнитного сорбента под действием магнитного поля в морской воде наиболее интенсивно управляется, и наблюдается усиленная агломерация частиц матрицы сорбента.
Пример 1. Исследования по применению сорбента с магнитными свойствами для сбора нефти, распределенной на поверхности воды в виде слоя (пленки).
Готовят сорбент при следующем соотношении в пересчете на элементный состав в массовых %: кальций - 34, кислород - 44, углерод - 13, железо - 8, водород - 0,6, натрий - 0,4.
Нефть в объеме 100 см3 наносят на поверхность соленой (морской) воды, помещенной в емкость. Сорбент в количестве 4 г насыпают на слой нефти. Под действием магнитного поля ферромагнитный порошок, введенный в водную среду, равномерно распределяется на слое нефти, контактируя с ней. В течение 15 мин распыленный ферромагнитный порошок сорбирует нефтепродукты (нефтеемкость составляет 40 г/г), образуя суспензию с ярко выраженными магнитными свойствами. Вследствие магнитного взаимодействия суспензия агрегирует в крупные глобулы. Образовавшуюся смесь можно легко собирать механическим путем или с помощью магнитной ловушки.
Пример 2. Исследования по применению сорбента с магнитными свойствами для сбора масел, распределенных на поверхности воды в виде слоя (пленки). Характеристика порошка, как в примере 1. Исследование по использованию порошка для сбора масел, распределенных по поверхности воды в виде слоя (пленки) как в примере 1. Эффективность сбора масел составила 25 г/г.
Пример 3. Исследования по применению сорбента с магнитными свойствами для сбора бензина, распределенного на поверхности воды в виде слоя (пленки). Характеристика порошка, как в примере 1. Исследование по использованию порошка для сбора бензина, распределенного по поверхности воды в виде слоя (пленки) как в примере 1. Эффективность сбора масел составила 30 г/г.
Как видно из примеров, сорбент с магнитными свойствами для сбора нефтепродуктов с водной поверхности, дает возможность собирать нефть и нефтепродукты в виде бензина и моторного масла, обладает высокой сорбционной способностью при невысокой себестоимости и простоте получения.
Если массовое отношение неорганической части к органической >99%, то снижается плавучесть сорбента за счет сокращения гидрофобных участков. Если массовое отношение стеарата натрия >1%, то снижается сорбционная способность сорбента, что связано с ростом доли гидрофобных участков.
Предлагаемый сорбент с магнитными свойствами для сбора нефтепродуктов с водной поверхности позволяет использовать магнетитовые отходы металлургического производства и отход производства минеральных удобрений - химически осажденный карбонат кальция, упростить технологический процесс приготовления сорбента, снизить энергозатратность, повысить сорбционную способность и снизить водопоглощение.
Способ получения сорбента с магнитными свойствами для сбора нефтепродуктов с водной поверхности, характеризующийся тем, что готовят сорбент перемешиванием железосодержащих отходов металлургического производства с отходами производства минеральных удобрений и анионным ПАВ, представляющим собой производные жирных кислот, перемешивание осуществляют при температуре 60°C при массовом отношении: отходы металлургического производства:отходы минеральных удобрений:ПАВ, равном 10:89:1, соответственно, смесь гомогенизируют до однородного состояния, обеспечивая получение сорбента, содержащего в пересчете на элементный состав в мас. %: кальций - 34, кислород - 44, углерод - 13, железо - 8, водород - 0,6, натрий - 0,4.
