КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОПОЛИУРЕТАНА ДЛЯ НЕФТЕСОРБЕНТОВ

Коган В.Е.¹, Згонник П.В.², Шахпаронова Т.С.³, Черняев В.А.⁴

¹Доктор химических наук, профессор, ²кандилат химических наук, ³кандидат химических наук, доцент, ⁴аспирант, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОПОЛИУРЕТАНА ДЛЯ НЕФТЕСОРБЕНТОВ

Аннотация

В статье изучено влияние температуры синтеза на энергию активации процесса получения нефтесорбента из пенополиуретана. Установлено понижение энергии активации процесса при повышении температуры выше 315,46 K, что интерпретировано повышением скорости диффузии вспенивателя и понижением энергии активации его диффузии.

Ключевые слова: пенополиуретан, нефтесорбент, энергия активации процесса, диффузия вспенивателя.

Kogan V.E.¹, Zgonnik P.V.², Shakhparonova T.S.³, Chernyaev V.A.⁴

¹Doctor of Chemical Sciences, professor, ²PhD in Chemistry, ³PhD in Chemistry, associate professor, ⁴postgraduate student National Mineral Resources University (University of Mines)

KINETIC REGULARITIES OF RECEIVING POLYURETHANE FOAM FOR OIL ORBENTS

Abstract

In the paper studied the effect of temperature of the synthesis on activation energy of the process of obtaining oil sorbent from polyurethane foam Installs lowering the activation energy of the process when the temperature rises above 315,46 K, interpreted by increasing the diffusion rate of foaming agent and a decreasing in the activation energy of its diffusion.

Keywords: polyurethane foam, oil sorbent, the activation energy of the process, the diffusion of the foaming agent.

Нефть и нефтепродукты – одни из наиболее вредных загрязнителей окружающей среды.

Одним из важных условий борьбы с разливами является оперативная организация аварийных работ, особенно на водной поверхности, снижающих объем катастрофы и препятствующих распространению и увеличению нефтяного пятна, а также осаждению нефти на дно водоемов.

Наиболее эффективным и доступным способом быстрого сбора нефти при авариях является использование различных сорбентов на органической или неорганической основе.

В работе [1], в частности, были рассмотрены результаты исследования кинетики нефтепоглощения сорбентами из выпускаемых промышленностью твердых (жестких) пенополиуретанов (ППУ) и установлено, что (как и в случае нефтесорбентов из пеностекла) для ППУ, находящихся в стеклообразном состоянии кинетика поглощения в начальный период времени характеризуется наличием максимума. Полученный характер кинетической кривой (ранее неизвестный в литературе) был связан нами с особенностями стеклообразного состояния.

Однако исследованные в работе [1] ППУ были строительного и косметического назначения. Поэтому для разработки физико-химических основ синтеза нефтесорбентов на основе ППУ необходимо было, в частности, изучить влияние условий получения сорбентов на их нефтепоглощение. Синтез ППУ проводили из полиизоцианата Cosmonate M-200 (KUMNO MITSUI CHEMICALS, INC., Корея) – «компонент Б» и полиэфира насыщенного «ПолиХим-2001» P-71 (ЧП «ХИМПОСТАВЩИК», Украина) – «компонент А» при температурах 20, 30, 40, 50, 60 и 70 °C в цилиндрическом реакторе из полипропилена, помещавшемся в водяную баню. Температура в реакторе регулировалась с точностью ±1 градус. Компоненты А и Б вливались в реактор в равных объемах и по достижении стабилизации температуры подвергались перемешиванию. По окончании реакции образцы ППУ охлаждались на воздухе, а затем механически очищались от поверхностной «корки» и размельчались до фракции 3 – 8 мм. Методика исследования полученных образцов (плавучесть и нефтепоглощение), также как и нефть, использованная при исследовании кинетики нефтепоглощения, полностью идентичны описанным в работе [1].

Все образцы практически непотопляемы. Явления десорбции после извлечения образцов из нефти не наблюдалось. Как и в случае промышленных ППУ, находящихся в стеклообразном состоянии, кинетические кривые нефтепоглощения синтезированных нами ППУ характеризуются наличием максимума (при 30 мин). Повышение температуры синтеза приводит к повышению нефтепоглощения. Так, при повышении температуры синтеза от 20 до 70 °С нефтепоглощение растет в среднем на 1,7 г/г. Отмеченное, наиболее вероятно, обусловлено увеличением объема пространства порозности слоя сорбента, в которое, как известно [2], проникает нефть при взаимодействии с поглотителями, имеющими закрыто-ячеестую структуру. В пользу сказанного говорят и полученные нами экспериментальные результаты. В частности, если объем полученного образца ППУ, синтезированного при 20 °С, превышает объем реагентов в 14,5 раз, то в случае синтеза при температуре 70 °С – в 18,7 раз. При этом плотность полученных образцов снижается приблизительно на 30 кг/м³.

Изучение кинетики получения пенополиуретана показало, что зависимость , где ( – кажущаяся скорость процесса, а – время протекания процесса), состоит из двух линейных участков с перегибом при 315,46 K. Расчет энергии активации процесса показал, что в низкотемпературной области энергия активации составляет 24,94 кДж/моль, в то время как в высокотемпературной области снижается до 9,15 кДж/моль. Полученные результаты говорят в пользу того, что имеет место процесс неравновесной поликонденсации. Понижение энергии активации при повышении температуры выше 315,46 K на наш взгляд связано с тем, что процесс получения пенополиуретана протекает как в кинетической области (собственно реакция взаимодействия компонентов А и Б), так и в диффузионной области (диффузия вспенивателя в реакционном объеме, обеспечивающая получение пеноматериала). При этом если энергия активации реакции между компонентами А и Б остается практически постоянной во всем изученном интервале температур, то скорость диффузии вспенивателя резко возрастает, а энергия активации диффузии понижается при повышении температуры выше 315,46 K, сопоставимой с температурой кипения вспенивателя.

Результаты получены в рамках выполнения государственного задания Минобрнауки России по проекту № 982 «Развитие термодинамической и кинетической теории межфазного ионного обмена применительно к природным и промышленным объектам» от 11.06.2014.

Литература

1. Коган В.Е., Згонник П.В., Ковина Д.О., Черняев В.А. // Стекло и керамика. – 2013. – № 12. – С. 3 – 7.

Kogan V.E., Zgonnik P.V., Kovina D.O., Chernyaev V.A. // Glass and Ceram. – 2014. – V. 70, N 11 – 12. – P. 425 – 428.

2. Хлесткин Р.Н., Самойлов Н.А., Шеметов А.В. // Нефтяное хозяйство. – 1999. – № 2. – С. 46 – 49.