STUDY OF SORPTION PARAMETERS OF OIL SORBENT RECEPTION BY THE SECONDARY RAW MATERIALS CONVERSION

Брюханова Е.С.¹, Ушаков А.Г.², Ушаков Г.В.³

Кузбасский государственный технический университет

ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ НЕФТЕСОРБЕНТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ

Аннотация

Представлены результаты исследований кинетических и термодинамических параметров процесса поглощения нефтепродуктов сорбентами на основе вторичных ресурсов животноводческих и деревообрабатывающих предприятий.

Ключевые слова: нефтесорбент, свойства, сорбция.

Briukhanova ES¹, Ushakov AG², Ushakov GV³

Kuzbas State Technical University

STUDY OF SORPTION PARAMETERS OF OIL SORBENT RECEPTION BY THE SECONDARY RAW MATERIALS CONVERSION

Abstract

There is the study of kinetic and thermodynamic absorption parameters of oil sorbent reception by animal waste and biological clearing constructions waste conversion.

Key words: oil sorbent, properties, sorption.

Для очистки вод от жидких нефтепродуктов активно используют сорбенты, произведенные в основном из специально заготовленных древесных и угольных материалов. При этом в лесопильном производстве и на деревообрабатывающих предприятиях образуется большое количество отходов древесины; не востребованными остаются также угольная пыль, мелочь и отсев, которые возможно использовать как вторичное сырье в процессах получения сорбентов [1].

Актуальным является разработка нефтесорбентов и создание технологии их получения из вторичного сырья угледобывающих и деревообрабатывающих предприятий. На кафедре химической технологии твердого топлива Кузбасского государственного технического университета имени Т.Ф. Горбачева разработаны нефтесорбенты на основе вторичных углеродсодержащих материалов [2, 3].

Рис. 1 - Кинетическая кривая сорбции масла нефтесорбентом

Одно из направлений исследования полученных сорбентов – изучение их сорбционных свойств. Рассмотрим нефтесорбент, полученный при переработке сырья методом среднетемпературного пиролиза; исходное сырье включало: 40±2 % мас. остатка анаэробного сбраживания биомассы животноводческих предприятий и опилки деревообрабатывающих предприятий – остальное. В качестве адсорбтива использовали эмульсии машинного минерального масла в воде с исходной концентрацией 0,1 г/мл, процесс сорбции проводили при температуре 298 К в объёме 50 мл в течении 30 минут.

В работе использовали метод одноступенчатой статической сорбции. Сорбцию проводили добавлением к

изучаемым эмульсиям, измельчённого до зёрен размером 0-0,5 мм нефтесорбента на подложке, так, чтобы подложка располагалась на границе раздела фаз вода/нефтепродукт. Затем через определённое время подложку с сорбентом извлекали, подвергали сушке и определяли поглощенное количество нефтепродукта гравиметрическим методом. Для определения оптимальных условий сорбции нефтепродуктов сорбентом построена кинетическая кривая (рисунок 1), которую условно разделили на 4 участка.

На первом участке ступенчатой кинетической кривой (в течение первых двух минут) сорбция нефтепродукта затруднена, что связано с поверхностным натяжением нефтепродукта на поверхности сорбента. Но уже на 3 минуте силы капиллярного смачивания возрастали, начиналась сорбция. На 3 участке величина сорбции также возрастала, но незначительно. Полная сорбция масла наблюдалась после 15-минутного взаимодействия, то есть наступало сорбционное равновесие.

Сопоставление литературных и полученных в работе данных позволило сделать следующий вывод: на втором этапе сорбции существенную роль играет массоперенос на границе раздела фаз и взаимодействие нефтепродукта с поверхностью сорбента, на третьем этапе – внутренняя диффузия масла в доступные по размерам поры сорбента, позволяющая нефтепродукту вновь сорбироваться на внешней поверхности сорбента.

Рис.2 – Изотерма сорбции масла нефтесорбентом

Основные сведения о сорбционных свойствах материала и характере адсорбции на нем нефтепродуктов могут быть получены из изотерм адсорбции, характеризующих зависимость сорбционных свойств (Г) от концентрации (С) сорбируемого компонента при постоянной температуре: Г=f(С) (рисунок 2).

По классификации Гилльса представленная изотерма, относится к изотермам класса Н и отличается высоким сродством адсорбата к адсорбенту [4].

Для аналитического описания изотермы мономолекулярной адсорбции использовали линейную форму уравнения Ленгмюра:

 ,                                          (1)

где A – удельная адсорбция, г/г;

     – предельная адсорбция, г/г;

     – равновесная концентрация адсорбата, г/мл;

k – константа равновесия адсорбции.

На основании проведенных экспериментальных данных установлено, что предельная адсорбция масла на нефтесорбенте составила 4,3 г/г, константа равновесия равна 758.

Таким образом, сорбенты, полученные на основе вторичных материалов, эффективны для сбора разливов нефтепродуктов с водных поверхностей.

Литература

1. Брюханова Е.С. Проблемы утилизации мягких отходов древесины и отходов животноводства / Е.С. Брюханова, А.Г. Ушаков, Г.В. Ушаков // Альтернативная энергетика и экология. – 2010. – № 5. – С. 71-82.

2. Брюханова Е.С. Пиролиз гранул на основе мягких отходов древесины и отходов животноводческих предприятий / Е.С. Брюханова, А.Г. Ушаков, Г.В. Ушаков // Материалы II Международной Казахстанско-Российской конференции по химии и химической технологии. - Караганда: Изд-во КарГУ, 2012. - С. 323-326.

3. Брюханова Е.С. Сорбент на основе вторичного сырья для очистки водных сред от жидких углеводородов / Е.С. Брюханова, А.Г. Ушаков, Г.В. Ушаков // Материалы Всероссийской конференции «Химия и химическая технология: достижения и перспективы». – Кемерово: КузГТУ, 2012. – С. 204-207.

4. Адсорбция из растворов на поверхности твердых тел / Под ред. Г. Парфита. – М., 1986. – 488 с.