книги / Нефтяные сорбенты

зи ДСТ с целлюлозой за счет длинных молекул и коротких кон­ тактирующих сегментов образуются петли, которые позволяют повысить емкость адсорбента к нефти и нефтепродуктам и обес­ печить возможность его многократного использования.

Нефтеемкость сорбентов, согласно [146], показана в табл. 5.19.

Таблица 5.19 Нефтеемкость целлюлозосодержащих сорбентов

Сорбент нефтепродуктов на основе волокнистого носителя [141] состоит непосредственно из самого носителя 93...99,5 масс. %, активного органического вещества в виде смеси фракций алкилкарбоновых кислот - 0,4...0,5 мае. % и гидрофобного компонен­ та, в частности полибутадиена - 0,1...2,0 мае. % В качестве алкилкарбоновых кислот используется смесь фракций С ю -С ^, С17-С 20, С20-С 25 в соотношении 1: 3 : 3.

Поверхность волокнистых целлюлозных материалов может быть модифицирована и другими соединениями, например по­ лидиенами на основе мономеров с числом углеводородных ато­ мов в цепи 4...5 в синдиотактической форме, имеющими моле­ кулярную массу 1Ю5...ЗЮ5 а.е.м., причем последние берутся в количестве 0,5...1,0 масс. % [154].

За счет образования мостиковых связей между молекула­ ми целлюлозы и полидиенами обеспечивается высокая устой­

чивость к вымыванию нефтепродуктами и высокая гидрофобность сорбента, а кластерное взаимодействие на контактной поверхности модификатор-целлюлоза позволяет получить вы­ сокую сорбционную емкость и возмолсность многократного ре­ генерирования материала. Полученный сорбент выдерживает более 10 циклов регенерации. Модификацию производят при комнатной температуре.

Величина нефтеемкости вышеописанных сорбентов на ос­ нове целлюлозосодержащих материалов приведена в табл. 5.20.

Таблица 5.20 Нефтеемкостъ сорбентов на основе целлюлозных материалов

Помимо упомянутых, разработан сорбент на основе цел­ люлозосодержащих растительных и хлопкосодержащих отхо­

дов [143]. В качестве целлюлозосодержащего компонета сор­ бента рекомендуют использовать соломенную или камышовую сечку, имеющую губчатую пространственно-каркасную струк­ туру, а также древесные опилки, имеющие структуру в виде пучка капиллярных каналов. Для оптимального раскрытия про­ странственно-каркасных структур размер измельченных частиц должен быть меньше максимального линейного размера полос­ ти структуры.

В качестве хлопкосодержащих отходов могут быть исполь­ зованы отходы прядильного производства.

5.3. Сорбенты на основе торфа и сапропеля

5.3.1. Сорбенты на основе торфа

Одним из широко используемых направлений в практике создания и использования сорбентов являются сорбенты на основе торфа, запасы которого на территории бывшего СССР,

по данным [86 ], составляют около 200 млрд т. в воздушно-су­ хом состоянии, что равно 62 % мировых запасов. Значительная доля запасов торфа приходится на Россию, табл. 5.21.

Таблица 5.21 Распределение запасов торфа в странах бывшего СССР

Торф - многокомпонентное природное образование, име­ ющее в своем составе различные минеральные и органические соединения.

Общее содержание неорганической части оценивают пока­ зателем зольности (Ас, %). Количество золы в торфе и ее состав определяют водно-минеральным режимом торфообразования. Учитывая генетическую природу неорганической части торфа, различают первичную и вторичную золу. Первичная зола обус­ ловлена биогенной миграцией, т.е. источником поступления зольных элементов в торф является минеральная часть расте- ний-торфообразователей. Вторичная зола формируется за счет воздушной и водной миграций элементов, т.е. источником ее поступления является атмосферная пыль, грунтовые и поверх­ ностные воды. В связи с этим все виды торфа можно подразде­ лить на нормальнозольные и высокозольные. За границу меж­ ду этими категориями принята наибольшая первичная золь­ ность низинного торфа, равная 12 %, и верхового торфа 6 %. Средняя зольность для торфов низинного типа составляет 7,6 %, переходных торфов 4,7 %, верховых 2,4 % [8 6 ].

В состав минеральной части торфа в наиболее значимых количествах входят следующие элементы: SiC>2, CaO, MgO, БегОз, AI2O3, К2О, Р2О5, SO3. На долю перечисленных элемен­ тов приходится 98...Э9 % золы.

Органическая часть торфа состоит из органических остат­ ков, не потерявших естественного строения, и гумуса, или пе­ регноя. Гумусом называют комплекс относительно устойчивых, обычно темноокрашенных органических соединений почвы, об­ разовавшихся в результате биологических и биохимических превращений остатков отмерших растительных и животных организмов. Групповой состав органического вещества почвы разнообразен и представлен преимущественно следующими соединениями:

-азотистые вещества (белки, хлорофилл, алкалоиды);

-углеводы (клетчатка, гемицеллюлоза, крахмал, хитин, пек­ тины);

-лигнин, липиды (жиры, воска);

-смолы, дубильные вещества и зола.

Органические вещества торфа [86] принято подразделять на пять групп соединений: битумы (Б), водорастворимые и лег­

когидролизуемые соединения (ВР + ЛГ), гуминовые вещества (ГВ), трудногидролизуемые вещества (целлюлоза - Ц) и не­ гидролизуемый остаток (лигнин - Л). Содержание указанных групп в верховном, переходном и низинном торфе представле­ но в табл. 5.22.

Таблица 5.22 Групповой состав органической части торфа

Средний групповой: состав органической части торфа, %

нао рганическое вещество Тип торфа ГК/ФК

ГВ

Примечание: 1ГК -гумин<>вые кислоты, ФК-<)>ульвоки(:лоты

Одним из показателей, характеризующих потенциальную сорбционную емкость веществ, является влагоемкость. Влагоемкость —это способность вещества, в данном случае торфа, удерживать максимальное количество воды, которое соответ­ ствует в данное время внешним условиям среды. Это свойство зависит от состояния увлажненности, внешних условий среды, химического состава торфа. Различают следующие виды влагоемкости:

Содержание воды, соответствующее той или иной влагоемкости, выражают в процентах к массе сухого вещества или к его объему.

Полная влагоемкость - максимальное содержание воды, вмещающееся в торфе, равное объему его. пор. У торфа, в ре­ зультате перенасыщения водной фазой, частицы, образующие

его структуру, могут быть несколько раздвинуты водой, поэто­ му полная влагоемкость может превышать общую пористость сухого торфа, табл. 5.23.

Таблица 6.23 Влагоемкость торфа

Максимально-адсорбционная влагоемкость - способность тор­ фа удерживать вследствие молекулярного притяжения наибольшее количество связанной воды. В торфах максимально-адсорбцион­ ная влагоемкость может достигать 100 % массы сухого вещества.

Капиллярная влагоемкость - способность торфа удержи­ вать в промежутках между частицами (порах) максимальное количество капиллярной влаги. Капиллярная влагоемкость - величина переменная, зависящая от состава торфа, поверхност­ ного увлажнения и других факторов и достигает величины 400...2500 % на сухое вещество.

С одной стороны, высокая влагоемкость (сорбционная спо­ собность) торфа, а также дешевизна, общедоступность и нали­ чие огромных запасов делают его уникальным сырьем для про­ изводства сорбентов. С другой стороны, к недостаткам торфа может быть отнесена эта же самая его высокая влагоемкость. В регулировании влагоемкости торфяного сырья, вплоть до пол­ ной ее ликвидации, заключается одна из задач по созданию эффективного сорбента. Регулирование влагоемкости торфа может быть достигнуто путем его гидрофобизации.

Известно применение торфа, имеющего влажность поряд­ ка 10 %, в качестве сорбционного материала [157]. Но из-за не­ высокой сорбционной способности, придания цветности вод­ ной фазе при контакте его с водой, потери сорбционных свойств при хранении он не находит широкого применения.

Влияние различных физико-химических факторов на сорбционные свойства торфа

Удмуртская Республика имеет достаточно значительные сы­ рьевые запасы торфа. Основным производителем товарного тор­ фа является ОАО «Удмуртторф».

С целью оценки возможности использования местного сы­ рья для производства сорбентов проведены комплексные ис­ следования [173] выпускаемой продукции ряда торфопредприятий Удмуртии, входящих в состав ОАО «Удмуртторф».

Исследования проводились на торфе с разной степенью влажности:

- сухом - просушенном в сушильном шкафу торфе при температуре 105 °С в течение 2 часов;

- влажном - естественном, без предварительной подго­ товки, торфе с влажностью 50...65 %.

В качестве сорбата для определения нефтеемкости образ­ цов торфа использовалась нефть Чутырского месторождения плотностью 852 кг/м3.

Результаты определений представлены в табл. 5.24. Нефтеемкость товарного торфа (влажного) колеблется в

пределах от 0,94 до 2,11, а сухого — от 1,11 до 2,29 кг/кг, однако для каждой испытываемой партии торфа характерно увеличе­ ние нефтеемкости при уменьшении содержания влаги.

В связи с этим проведены исследования по установлению степени влияния влажности торфа на его сорбционные свой­ ства. Исследования, проведенные на торфе месторождений, рас­ положенных в Якшур-Бодьинском районе Удмуртской Респуб­ лики, устанавливают четкую зависимость нефтеемкости торфа от влагосодержания. Результаты исследования влияния влаж­ ности торфа на его нефтеемкость представлены в табл. 5.25.

Основным способом удаления влаги из торфа является его термическая сушка. В качестве других способов сушки могут быть использованы различные методы отжима и прессования, а также центрифугирования.

Величина достигаемой относительной влажности торфа при различных методах сушки отражена в табл. 5.26. Процесс центри-

Таблица 5.26 Эффективность удаления воды из торфа

фугирования осуществляли при скорости вращения центрифуги 6000 оборотов и времени вращения - 10 мин. Давление пресса при проведении операции прессования составляло 4,9 Мн/м2.

Значительное влияние на поглощение нефти оказывает со­ держание в торфе зольных элементов. Так, уменьшение золь­ ности с 23,2 до 8,8 % приводит к увеличению нефтеемкости на 50%, а при уменьшении зольности с 8,8 до 3,9 % — еще на 33 %. Результаты исследования влияния зольности торфа на его иефтеемкость представлены в табл. 5.27.

Размер частиц торфа оказывает влияние как на количество, так и на скорость поглощения нефти с водной поверхности. Фрак­ ция торфа размером до 10 мм поглощает основное количество нефти за 15 минут. Через час после начала проведения опыта на водной поверхности оставалось 3...5 % свободной нефти и неко­ торое количество непрореагировавшего торфа. Фракция торфа размером до 5 мм адсорбировала уже 98 % нефти через 5 минут,

Таблица 5 2 7 Влияние зольности торфа на его нефтеемкость

а фракция размером до 1 мм адсорбировала 100 % нефти всего за 3 минуты. Размол торфа до частиц размером не более 5 мм повы­ сил нефтеемкость на 12 %, а до частиц размером не более 1 мм - на 41 %. Результаты исследования влияния размера частиц тор­ фа на его нефтеемкость представлены в табл. 5.28, а скорости поглощения нефти с водной поверхности - в табл. 5.29.

Таблица 5 2 8 Влияние размера частиц торфа на его нефтеемкость

Таблица 5 2 9 Влияние размера частиц на скорость впитывания нефти