ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА СОРБЦИИ НЕФТИ ОТХОДАМИ ПЕРЕРАБОТКИ ЯЧМЕНЯ С ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Кондаленко О.А.¹, Степанова С.В.², Шайхиев И.Г.³

¹Аспирант кафедры «Инженерной экологии» ФГБОУ ВПО «КНИТУ»; ²кандидат технических наук, доцент кафедры инженерная экология ФГБОУ ВПО «КНИТУ»; ³доктор технических наук, заведующий кафедрой инженерной экологии ФГБОУ ВПО «КНИТУ»

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА СОРБЦИИ НЕФТИ ОТХОДАМИ ПЕРЕРАБОТКИ ЯЧМЕНЯ С ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Аннотация

В статье усовершенствована технология использования сорбционного материала из семенных оболочек ячменя путем обработки плазмой высокочастотного разряда для ликвидации последствий загрязнения окружающей среды при техногенных авариях и катастрофах на объектах нефтехимических отраслей промышленности.

                Ключевые слова: семенные оболочки ячменя, плазма, поверхность, нефть

Kondalenko OA¹, Stepanova SV², Shayhiev IG³

¹Graduate student "Environmental Engineering" FGBOU VPO "KNIT"; ²Ph.D., assistant professor of engineering ecology FGBOU VPO "KNIT"; ³PhD, Head of the Department of Environmental Engineering FGBOU VPO "KNIT"

INTENSIFICATION OF THE SORPTION PROCESS OIL BY WASTES OF BARLEY TREATMENT FROM WATER SURFACE

Abstract

                In article the technology of application of a sorption material from seed covers of barley by processing by plasma of the high-frequency category for elimination of consequences of environmental pollution at technogenic accidents and accidents on objects of petrochemical industries is improved.

Keywords: barleys’ seed covers, plasma, surface, oil

Помимо разливов нефти в результате различных аварий основное загрязнение воды нефтепродуктами создаётся за счёт сточных вод нефтеперерабатывающих заводов и нефтехимических предприятий Попадание нефти и её компонентов в окружающую среду (воздух, вода и почва) вызывает изменение физических, химических и биологических свойств и характеристик природной среды обитания, нарушает ход естественных биохимических процессов. В ходе трансформации углеводородов нефти могут образоваться стойкие к микробиологическому расщеплению ещё более токсичные соединения, обладающие канцерогенными и мутагенными свойствами [1].

Одним из возможных путей решения данной проблемы является применение сорбционных методов очистки. Особенно часто распространен способ применения сыпучих материалов (песок, пористый грунт, шлак, керамзит) при авариях на железнодорожном и автомобильном транспорте, когда применить традиционные методы и способы, из-за скоротечности аварии, быстро не представляется возможным. Однако возникают проблемы с утилизацией отработанных сорбентов [2].

Преимуществом в данном плане обладают сорбенты из природного органического сырья, их можно достаточно просто сжечь или подвергнуть ускоренному биоразложению при добавлении известных коммерческих биопрепаратов.

Волокнистые сорбенты (льняная костра, торф, пакля и т.д.) обладают большей кинетикой сорбции за счет более высокой удельной поверхности и большей доступности функциональных групп. Также вышеназванные материалы обладают лучшей регенеративной способностью, что особенно актуально для промышленных областей применения. Но в отличие от торфяного мха, добыча которого является губительным вмешательством в экосистему, отходы сельского хозяйства, в частности, семенные оболочки ячменя (СОЯ), – отличный пример эффективного использования природных ресурсов экосистемы. Однако основными компонентами растительных отходов являются целлюлоза и лигнин, придающие поверхности сильные гидрофильные свойства.

Многие работы в настоящее время сосредоточены на улучшении гидрофобных свойств и развитии пористой структуры сорбционного материала (СМ).

Известно, что обработка высокочастотной (ВЧ) плазмой пониженного давления приводит к увеличению сорбционных свойств материалов растительного происхождения [3, 4]. В связи с вышесказанным, первоначально проводилась подборка параметров ВЧ плазменной обработки по изменению поверхности СОЯ: при различных значениях давления (P), силе тока на аноде (I_а), времени (t), расходе газа (Q), кроме того, изменялся и вид газа-носителя.

Таблица 1 –  Режимы обработки СОЯ

№ режима обработки	Входные параметры обработки
	Газ-носитель	Соотношение	P, Па	Iа, А	Uа, кВ	t, мин	Q, г/сек
1	Пропан-бутан	70:30	26,6	0,5	7,5	1	0,06
2	Аргон-воздух
3	Аргон-пропан
4	Воздух
5	Пропан-бутан	70:30	13,3	0,5			0,02
6	Аргон-воздух
7	Аргон-пропан
8	Воздух
9	Аргон-воздух	70:30	26,6	0,8		30	0,06
10	Аргон-пропан

В результате плазменной обработки в мезопорах матрицы повышается энергия адсорбции модифицированного сорбента по сравнению с немодифицированным за счет наложения полей поверхностных сил, обусловленных дисперсионными взаимодействиями сил противоположных стенок пор.

При сравнении микрофотографий поверхности образцов исходной СОЯ и плазмообработанной на рисунке 1 заметно появление видимых на фото микротерщин более глубоких и в большем количестве около 100-200 нм.

Вторая часть эксперимента заключалась в сравнении сорбционных свойств исходной СОЯ с образцами, обработанными плазмой ВЧ пониженного давления. На поверхность воды наносили нефть карбонового отложения, добытой НГДУ «Елховнефть» ОАО «Татнефть». Пробоотборниками отбирали пробы нефтяного пятна с воды. На нефтяное пятно наносили сорбент и через 15 минут механическим способом собирали насыщенный нефтепродуктами СМ. Результаты испытаний представлены в таблице 2.

а)		б)
Рис.1 – Микрофотографии поверхности образцов, выполненные на электронном сканирующем микроскопе Mini SE MSX-3000: а) исходной СОЯ; б) обработанный в атмосфере смеси пропана с бутаном

Степень очистки воды по нефти, определенная гравиметрическим методом, у обработанных плазмой образцов составила не менее 99 %.

Таблица 2 – Значения нефте– и водопоглощения для образцов СМ

№ образца	Масса поглощенной нефти, г/г	Масса поглощенной воды, г/г	Степень очистки, %	Изменение водопоглощения, %
СОЯ	2,693	1,577	99,63
1	2,698	1,244	99,82	-21,12
2	2,698	1,262	99,82	-19,97
3	2,694	1,444	99,67	-8,38
4	2,694	1,382	99,67	-12,37
5	2,693	1,301	99,63	-17,52
6	2,696	1,296	99,74	-17,84
7	2,696	1,251	99,74	-20,67
8	2,697	1,379	99,78	-12,54
9	2,695	1,443	99,70	-8,51
10	2,694	1,483	99,67	-5,96

 

Механизмы адсорбционных и капиллярных явлений СМ связаны с размерами пор полимерной природной матрицы. Исследования свойств и структуры подложки показали, что повышение адсорбции на СОЯ происходит на сильно развитой структуре подложки за счет образования на поверхности и в порах адсорбционных слоев. Поглощение адсорбируемого вещества в мезопорах происходит заполнением их объема по механизму капиллярной конденсации. Мезопоры служат транспортными путями для адсорбируемых молекул.

Таким образом, в результате проведенных испытаний, выявлено, что для ликвидации последствий загрязнения окружающей среды при техногенных авариях и катастрофах на объектах нефтехимических отраслей промышленности для усовершенствования технологии использования сорбционного материала из семенных оболочек ячменя путем обработки плазмой высокочастотного разряда необходимы следующие условия: P – 26,6 Па , I_а – 0,5 А, t – 1 мин., Q – 0,06 , газ-носитель – смесь пропана с бутаном в соотношении 70:30.

Литература

1. Никитин Н.И. Сорбенты для ликвидации нефтяных разливов / Н.И. Никитин. – М.: Наука, 1962. – 711 с.

2. Технологии ликвидации чрезвычайных ситуаций // URL: http://gochs.info/p707.htm. Доступ свободный.

3. Шайхиев И. Г. Исследование удаления нефтяных пленок с водной поверхности плазмообработанными отходами злаковых культур 1. Лузгой овса / И. Г. Шайхиев [и др.] //Вестник Казанского технологического университета. – 2011. – № 12. – С. 110 – 118.

4. Пат. 2259875 РФ, МПК7 B01J20/24, C02F1/28. Сорбент для удаления нефти и нефтепродуктов из жидких сред и способ его получения / Абдуллин И. Ш., Гафаров И. Г., Мишулин Г. М., Паскалов Г. З., Светлакова Т. Н., Усенко В. А., Шарафеев Р. Ф.; заявитель и патентообладатель: ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет». – № 2259875/15; заявл. 09.11.2010 ; Опуб. 27.08.2012.