Нефтесорбент
Владельцы патента RU 2777158:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» (RU)
Изобретение относится к нефтесорбенту, который включает фосфатное стеклообразное удобрение, аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% и торф низкой степени разложения, при следующем соотношении, мас.%: аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% ЧДА - 14-15; торф низкой степени разложения - 1-4; фосфатное стеклообразное удобрение - остальное. 2 табл.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к сорбционным материалам, обеспечивающим очистку поверхности водоемов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, в том числе после аварийных разливов.
Известна шихта для получения пеностекла (патент РФ №2625828, опубл. 19.07.2017), в состав которой входят компоненты в следующем соотношении: гидрат окиси натрия 6,0-8,5 масс. %; углерод 0,005-0,010 масс. %; листовое стекло и/или тарное стекло 40,0-50,0 масс. %; перлит - остальное.
Недостатком является избыточное накопление потенциально опасных отходов в случае использования пеностекла в качестве нефтесорбента.
Известен сорбент для очистки почвы от нефтепродуктов (патент РФ №2318592, опубл. 10.03.2008), состав которого включает: нестерильный верховный сфагновый мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф 85-89 масс. % и экстракт лечебной грязи 11-15 масс. %.
Недостатком сорбента является применение только при очистке почвы и грунтов от нефтепродуктов, а также высокая емкость как по отношению к нефти, так и по отношению к воде, что обуславливает ее низкую плавучесть.
Известен сорбент для комплексной очистки воды и поверхности почвы от нефтепродуктов и тяжелых металлов (патент РФ №2198987, опубл. 20.02.2003), который содержит сапропель и обуглероженную льняную костру при следующем соотношении компонентов, вес. %: сапропель - 50-80, обуглероженная льняная костра - 20-50.
Недостатком данного состава является вторичное загрязнение окружающей среды при его использовании.
Известен сорбент для сбора нефти и способ его получения (патент РФ 2479348, опубл. 20.04.2013), в состав которого входят: полиамидное волокно - 14,0-24,0 масс. %, гидрофобизатор 3-3,4 масс. %, порошкообразный углерод - 2,6-3,0 масс. %, и резиновая крошка - остальное.
Недостатками данного состава являются способы регенерации и утилизации сорбционных материалов, полное или частичное сжигание с выделением при сгорании большого количества токсичных и канцерогенных продуктов, что ограничивает возможность использования вблизи населенных пунктов и промышленных объектов.
Известен биопрепарат «Авалон» для очистки объектов окружающей среды от нефти и нефтепродуктов (патент РФ №2181701, опубл. 27.04.2002), включает пористый носитель и биодеструкторы, искусственно иммобилизованные в поры носителя и подобранные к типу загрязнений; пористым носителем биопрепарата являются вспененные стеклообразные метафосфаты переменного состава, обеспечивающие оптимальные условия для иммобилизации и жизнедеятельности клеток микроорганизмов на пористой структуре при следующем соотношении компонентов, масс. %: КРО3 10,0-35,0%; NaPO3 4-8%; Mg(PO3)2 4,0-18,0%; Са(РО3)2 20,0-60,0%; Z(РО3)2 1-3%; X-SiO2 1,0-15,0%; В2О3 1,0-5,0%; Al2O3 0,1-5,0%; V2O5 0,1-0,3%; SO3 0,2-2,0%; SeO3 0,1-0,3%, а в качестве биодеструкторов содержит штаммы микроорганизмов: SerratiamarcescensPL-1, PseudomonasfluorescensbiovarII 10-1, Acidovoraxdelafieldii 3-1.
Недостатками является наличие в составе микроорганизмов, которые уменьшают срок хранения и использования; сорбционный материал со штаммами микроорганизмов ограничен в применении температурным фактором.
Известно комплексное стеклянное удобрение пролонгированного действия и способ его получения (патент РФ №2206552, опубл. 20.06.2003), принятое за прототип, содержащее фосфорно-калийное удобрение, мочевино-формальдегидную смолу и микроэлементы, при массовом соотношении компонентов: фосфатное стеклообразное удобрение - 75-90%, линейно-циклическая полиметиленмочевина - 10-25%.
Недостатком данного состава является плохие сорбционные свойства состава при очистке водной поверхности от нефтяных загрязнений.
Техническим результатом является получение легкого и плавучего и безопасно утилизированного нефтесорбента.
Технический результат достигается тем, что дополнительно содержит аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% и торф низкой степени разложения, при следующем соотношении, масс. %:
| аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% ЧДА | 14-15 |
| торф низкой степени разложения | 1-4 |
| фосфатное стеклообразное удобрение | остальное |
Заявляемый состав для получения нефтесорбента включает в себя следующие реагенты и товарные продукты, их содержащие, % масс.:
- аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% чистый для анализа (ЧДА) - 14-16, выпускаемый по ГОСТ 3772-74;
- торф низкой степени разложения - 1-4, выпускаемый по ГОСТ Р 51213-98;
- фосфатное стеклообразное удобрение - остальное, выпускаемое по ТУ 2189-001-77182129-2015.
Фосфатное стеклообразное удобрение представляет собой негигроскопичный порошок с рабочей температурой растворения в почве выше +8°C.
Аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% ЧДА представляет собой бесцветные прозрачные мелкие кристаллы, растворимые в воде, но не растворимые в ацетоне и спирте. В массе кристаллы имеют белый цвет. На воздухе аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% ЧДА теряет аммиак, имеет температуру плавления 155°C. Применяется как сложное (комплексное) концентрированное фосфорно-азотное удобрение и как огнезащитное средство.
Торф низкой степени разложения представляет собой растительную массу, разложившуюся в условиях избыточного увлажнения и недостатка воздуха. В состав торфа включены негумифицированные растительные остатки, перегной, минеральные соединения. Степень разложения составляет 5-25% гумифицированных веществ. Торф представляет собой горючего полезного ископаемое и может быть применен в качестве топлива.
Вода должна соответствовать требованиям технической воды и не содержать механических примесей.
Добавление аммония фосфорнокислого 2/зам 99,0% ЧДА способствует образованию газа при термообработке и получению пористого материала. Торф низкой степени разложения в качестве выгорающей добавки позволяет порам более равномерно распределиться и получить легкий и плавучий нефтесорбент.
Предложенный состав нефтесорбента позволяет исключить вторичное загрязнение водоемов, а также не допустить переноса чужеродных компонентов из состава в воду и может эффективно использоваться в широких температурных режимах, в том числе при температурах близких к 0°С, иметь абсолютную непотопляемость и находиться на поверхности воды неограниченный промежуток времени.
Состав получают следующим образом.
На первом этапе необходимо компоненты нефтесорбента измельчить: фосфатное стеклообразное удобрение, аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% ЧДА, торф низкой степени разложения до фракции не более 100 мкм. Далее все измельченные компоненты смешать и гомогенизировать с помощью добавления воды. Затем массе придать форму параллелепипеда и поместить в шамотный каркас, предварительно смазанный каолиновой пастой. Далее образец вспенивать в течение 30 минут в муфельной печи при температуре от 680 до 710°С. На последнем этапе полученный нефтесорбент необходимо гранулировать тонким лезвием на фракцию 3-8 мм с удалением поверхностной «корки».
Эффективность предлагаемого состава нефтесорбента доказана лабораторными испытаниями.
Были проведены исследования и оценка свойств сорбционного материала, а именно плотность и плавучесть. За счет равномерного распределения пор удалось получить образец низкой плотности и обладающий абсолютной непотопляемостью, нефтесорбент находился на плаву 48 часов без потери масс. Результаты визуальной оценки и лабораторного эксперимента представлены в таблице 1.
Таблица 1. Состав и полученные характеристики нефтесорбента
| № состава | Состав нефтесорбента, масс. % | Внешний контроль и описание | Кажущаяся плотность, г/см3 | Плавучесть в чистой воде |
| 1 | Аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% ЧДА - от 14 до 15; торф низкой степени разложения - 0; фосфатное стеклообразное удобрение - остальное |
Слабое и неравномерное распределение карстообразных пор по объему образца; увеличение объема материала в 2,0-2,5 | 0,990 | До 6 часов |
| 2 | Аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% ЧДА - от 14 до 15; торф низкой степени разложения - 1; фосфатное стеклообразное удобрение - остальное |
Равномерное распределение пор по всему объему образца; увеличение объема материала в 3,0-4,0 раза | 0,279 | 40 и более дней |
| 3 | Аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% ЧДА - от 14 до 15; торф низкой степени разложения - 2; фосфатное стеклообразное удобрение - остальное |
Равномерное распределение пор по всему объему образца; увеличение объема материала в 3,0-4,0 раза | 0,806 | 40 и более дней |
| 4 | Аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% ЧДА - от 14 до 15; торф низкой степени разложения - 4; фосфатное стеклообразное удобрение - остальное |
Равномерное распределение пор по всему объему образца; увеличение объема материала в 3,0-4,0 раза | 0,947 | 40 и более дней |
| 5 | Аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% ЧДА - от 14 до 15; торф низкой степени разложения - 6; фосфатное стеклообразное удобрение - остальное |
Неравномерное и слабое вспенивание; недогоревший торф низкой степени разложения в теле пеностекла; увеличение объема материала в 1,5-2,0 | 1,204 | Тонет |
| 6 | Аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% ЧДА - от 11 до 13; торф низкой степени разложения - 1; фосфатное стеклообразное удобрение - остальное |
Неравномерное распределение пор по объему образца, внешне поры сильно отличаются в размере; увеличение объема материала в 2,0-2,5 | 0,750 | 40 и более дней |
| 7 | Аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% ЧДА - от 11 до 13; торф низкой степени разложения - 4; фосфатное стеклообразное удобрение - остальное |
Увеличение объема материала в 1,5-2,0, более плотный образец | 1,052 | Тонет |
| 8 | Аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% ЧДА - от 16 до 18; торф низкой степени разложения - 0; фосфатное стеклообразное удобрение - остальное |
Крупные карстообразные поры, хаотично распределенные по образцу, в теле материала кристаллики неразложившегося аммония фосфорнокислого 2/зам 99,0% ЧДА; увеличение объема материала в 1,5-2,0 | 0,970 | До 6 часов |
| 9 | Аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% ЧДА - от 16 до 18; торф низкой степени разложения - 1; фосфатное стеклообразное удобрение - остальное |
Равномерное распределение пор по всему объему образца, но в теле материала кристаллики неразложившегося аммония фосфорнокислого 2/зам 99,0% ЧДА; увеличение объема материала в 2,5-3,0 раза | 0,812 | 40 и более дней |
| 10 | Аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% ЧДА - 0; торф низкой степени разложения - 1; фосфатное стеклообразное удобрение - остальное |
Несколько крупных пор внутри объема, нет равномерного распределение | 1,232 | Тонет |
Сравнительный анализ приведенных в таблице данных показывает, что дальнейшее исследование целесообразно проводить на образцах, которые оставались абсолютно непотопляемыми 40 и более дней, а именно составы под №2, 3, 4, 6, 9.
Эффективность работы нефтесорбента оценивалась в динамических условиях.
Составы под №2, 3, 4, 6, 9 помещали в стаканы с водой поверх микронных нефтяных пленок и выдерживали в течение 10 минут. Далее исследование проводилось в соответствии с ПНД Ф 14.1:2:4.128-98 флуориметрическим методом на анализаторе жидкости «Флюорат-02-3М» фирмы «Люмэкс».
Лабораторные исследования проводились, как при комнатной температуре воды, так и при низких, близких к нулю. Условия создавались за счет кристаллизатора со льдом и температуры окружающей среды ниже 0°С.
Дальнейшая оценка эффективности очистки поверхности воды от нефти и дизельного топлива проводилась на основе сравнения концентраций загрязняющих веществ в пробах воды, в двух из которых очистка поверхности проводилась с помощью нефтесорбента, а в третьей разлив нефти никак не ликвидировался (контрольный эксперимент).
В таблице 2 приведены результаты эксперимента по сбору с поверхности воды плёнок нефти и дизельного топлива (ДТ).
Таблица 2. Эффективность очистки поверхности воды от нефти и дизельного топлива
| Эффективность очистки поверхности воды от нефти и дизельного топлива, % | |||||||||
| Состав №2: аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% ЧДА - от 14 до 15; торф низкой степени разложения - 1; фосфатное стекло-образное удобрение - остальное |
Состав №3: аммоний фосфорно-кислый 2/зам 99,0% ЧДА - от 14 до 15; торф низкой степени разложения - 2; фосфатное стекло-образное удобрение - остальное |
Состав №4: аммоний фосфорно-кислый 2/зам 99,0% ЧДА - от 14 до 15; торф низкой степени разложения - 4; фосфатное стекло-образное удобрение - остальное |
Состав №6: аммоний фосфорно-кислый 2/зам 99,0% ЧДА - от 11 до 13; торф низкой степени разложения - 1; фосфатное стекло-образное удобрение - остальное |
Состав №9: аммоний фосфорно-кислый 2/зам 99,0% ЧДА - от 16 до 18; торф низкой степени разложения - 1; фосфатное стекло-образное удобрение - остальное |
|||||
| Рабочая температура воды и окружающей среды, °C | |||||||||
| 20±1 | 0-1 | 20±1 | 0-1 | 20±1 | 0-1 | 0-20 | 0-20 | ||
| Толщина пленки нефти, (плотность 0,87 мг/дм3), мкм | 2,47 | 91,50 | 91,59 | 91,30 | 91,59 | 91,30 | 91,12 | Образец тонет после сорбции нефти и ДТ в динамических условиях | Образец тонет после сорбции нефти и ДТ в динамических условиях |
| 4,93 | 91,99 | 92,12 | 91,62 | 92,12 | 91,51 | 91,53 | |||
| 9,87 | 92,86 | 92,96 | 91,64 | 92,96 | 92,16 | 92,12 | |||
| 14,80 | 94,11 | 93,92 | 93,16 | 93,92 | 93,88 | 93,90 | |||
| 19,74 | 95,89 | 96,62 | 94,84 | 96,62 | 94,82 | 95,12 | |||
| 24,67 | 96,63 | 96,67 | 95,54 | 96,67 | 95,23 | 95,61 | |||
| Толщина пленки ДТ, (плотность 0,80 мг/дм3), мкм | 3,29 | 98,18 | 98,67 | 97,88 | 98,12 | 98,18 | 98,12 | ||
| 6,58 | 98,40 | 98,60 | 98,40 | 98,60 | 98,05 | 98,20 | |||
| 13,16 | 99,26 | 99,30 | 98,96 | 99,20 | 98,26 | 98,48 | |||
| 19,74 | 99,72 | 99,72 | 99,12 | 99,52 | 99,12 | 99,25 | |||
| 26,32 | 99,74 | 99,74 | 99,10 | 99,54 | 99,00 | 99,04 | |||
| 32,90 | 99,88 | 99,88 | 99,16 | 99,62 | 99,12 | 99,2 |
Составы №6 и 9 при сорбции нефти и дизельного топлива опускались на дно и исключались из дальнейшей оценки, т.к. абсолютная непотопляемость является основным критерием выбора нефтесорбента с целью исключить вторичное загрязнение окружающей среды.
В соответствии с представленными выше результатами получен нефтесорбент, обладающий абсолютной непотопляемостью как в воде, так и на границе раздела фаз вода-нефть, работающий в широком диапазоне температур, регенерируемый и утилизируемый без вреда для окружающей природной среды, который состоит из следующих компонентов: аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% ЧДА - от 14 до 15, торф низкой степени разложения от 1 до 4, составы под №2, 3, 4, фосфатное стеклообразное удобрение - остальное.
Нефтесорбент с поглощенной нефтью может быть высыпан на грунт, а на него нанесены ассоциации штаммов для деструктуризации углеводородов, в дальнейшем регенерированный нефтесорбент может использоваться повторно, применен в качестве удобрения для деградированных земель, использован в качестве стеклобоя в количестве до 40% при синтезе фосфатного стеклообразного удобрения.
Результаты экспериментов показали, что оптимальный состав нефтесорбента является абсолютно непотопляемым за счет соотношения компонентов: аммония фосфорнокислого 2/зам 99,0% ЧДА и торфа низкой степени разложения, и может эффективно использоваться при очистке поверхности воды от нефти и дизельного топлива в широком диапазоне температур без вреда для окружающей природной среды.
Нефтесорбент включает фосфатное стеклообразное удобрение, отличающийся тем, что дополнительно содержит аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% и торф низкой степени разложения, при следующем соотношении, мас.%:
| аммоний фосфорнокислый 2/зам 99,0% ЧДА | 14-15 |
| торф низкой степени разложения | 1-4 |
| фосфатное стеклообразное удобрение | остальное |
