Сорбенти на основі торфу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет водного господарства та природокористування

СОРБЕНТИ НА ОСНОВІ ТОРФУ

Пастухова Н.О., магістр,

Пастухов О.В., старший викладач

Анотація

Розглянуті різні види торфових сорбентів, можливість їх застосування, встановлені основні показники сорбційних властивостей матеріалів, залежність поглинальної здатності сорбенту від розміру його частинок.

Annotation

Different kinds of peat sorbents, an opportunity of their application are considered, the basic parameters adsorb abilities of materials, dependence of absorbing ability of a sorbent on the size of its particles are established.

Виклад основного матеріалу

З розвитком нафтової та нафтопереробної промисловості виникла проблема захисту природних ландшафтів, річок, озер та морів від забруднення нафтопродуктами. Внаслідок аварій на нафтопроводах, аварійних розливів з танкерів наноситься велика шкода довкіллю. При митті танкерів, а також при перевантаженні і очищенні останніх у моря та океани потрапляє приблизно 2 млн.тон нафти на рік. Тому задача очищення природних та стічних вод і поверхні ґрунту від нафтопродуктів набула великого значення та виокремилась як особлива проблема. Тільки відпрацьований миючий розчин на танкері після його попереднього очищення містить 20 - 100 мг/л нафтопродуктів, а при порушенні технологічного режиму - значно більше. При аварійних забрудненнях нафтою акваторій Світового океану ліквідація розливів на великих площах неможлива без використання дешевих сорбентів.

Сорбційні методи очищення води від нафтопродуктів у даному випадку розвиваються в 3 напрямках:

розподілення тонкодисперсних матеріалів на великій поверхні води з наступним їх збиранням;

обробка забруднених поверхонь води фіксованими сорбційними матеріалами поза судном або установкою;

очищення в спеціальних установках поверхневих, трюмних та стічних вод [1].

Найбільші проблеми довкіллю завдають розливи нафти та нафтопродуктів на водні поверхні і ґрунти, скорочуючи доступ повітря всередину. Для ліквідації тонких нафтових плівок перспективно використовувати сорбційні та біосорбційні технології, які передбачають використання спеціальних нафтопоглинальних матеріалів, як правило, із засобами механічної обробки. Одним з напрямків ліквідації розливів є використання сорбентів на основі торфу.

У зв'язку із складністю будови торфу і залежності його фізико - хімічних властивостей від ряду факторів, проведені дослідження з виявлення залежностей сорбційних властивостей торфу від його виду, ступеня розкладу, дисперсності і т.п. Проведені дослідження сорбційних властивостей різних природних матеріалів вказують на визначальну роль структури сорбентів при поглинанні як нафти, так і води. Із досліджуваних видів торфу найбільшу поглинальну здатність мають зразки малорозкладеного торфу верхового типу мохової і трав'яної груп, з губчастою та волокнистою структурою, які можна рекомендувати для виробництва нафтосорбентів [2].

З досліджуваних торфів різноманітного видового складу найбільшою сорбційною здатністю стосовно води і нафти володіє малорозкладений торф мохової групи з губчатою структурою, що містить велику кількість рослинних клітин, що не розпалися. Величина нафтопоглинання для цих видів торфу змінюється від 8,9 до 13,8 кг/кг. При переході до інших видів торфу із середнім (25-35 %) і високим (40-60 %) ступенем розкладу яким властива дрібнозерниста структура, цей показник зменшується до 4,5 і 1,2 кг/кг відповідно [3].

Для усіх видів природної сировини отримані результати досліджень вказують на пропорційну залежність поглинання рідин від дисперсності матеріалів, як-от: із збільшенням розмірів частинок зростає розмір поглинання як води, так і нафти. Розмір частинок і величина водо- та нафтопоглинання знаходяться в оберненій залежності від насипної щільності матеріалу. Зменшення насипної щільності дисперсного матеріалу означає підвищення пористості, що і є визначальним при поглинанні рідин [3].

В роботі досліджувалась можливість використання сорбенту на основі низинного торфу, для доочищення поверхні і визначення оптимальних розмірів фракції сорбенту, дослідження механізму сорбції торфового сорбенту.

Для порівняння різних сорбентів визначені основні показники, якими є:

гідрофобність - здатність поверхні матеріалу поглинати жирні та маслянисті речовини та відштовхувати воду;

плавучість - здатність сорбенту знаходитись на поверхні води;

поглинальна здатність (сорбційна ємність) - максимальна кількість нафтопродуктів, яка може бути поглинута одиницею маси сорбенту.

Визначена і розроблена методика для дослідження основних показників:

гідрофобність визначається шляхом нанесення води на поверхню сорбенту, якщо утворюється крапля - сорбент гідрофобний;

плавучість визначається шляхом нанесення сорбенту на поверхню води і його витримання протягом 24 год. з визначення частини, яка затонула;

поглинальна здатність розраховується як відношення маси поглинутої нафти до маси сорбенту, яка визначалась як різниця між масою сорбенту до і після очищення, шляхом нанесення на розлив нафти сорбенту, до повного поглинання нафти.

Механізм сорбції відбувається за рахунок будови - просторових структур, утворених водневими зв'язками целюлози, в слаборозкладеному торфі, або гуміновими речовинами в сильнорозкладеному торфі. Торф належить до обмежено набухаючих систем, в яких поглинання середовища супроводжується осмотичним проникненням його молекул всередину просторових структур до неповного розчинення речовини. Цей процес триває доти, поки напруження в просторовій сітці набухаючих коагуляційних структур та структур переплетення не зрівноважить тиску набухання. Спочатку швидкість проникання молекул середовища велика, потім зменшується, і торфова система наближається до рівноважного стану [4].

Завдячуючи наявності широкого спектру функціональних груп, торф може приймати участь в іонообмінних процесах - поглинати іони важких металів. Роль іонообмінних центрів в торфі виконують карбоксильні (-СООН) та гідроксильні (-ОН) групи, рухомий протон яких, в залежності від рН, здатен заміщуватись іншими катіонами. В процесі іонного обміну приймають участь не тільки поверхневі групи, але й групи, які розташовані в середині рихлих надмолекулярних асоціатів, що пояснює високу обмінну здатність торфу [3].

Проведені досліди по вловлюванню нафтопродуктів для сорбентів на основі низинного торфу: Торфсорб-1 [5], Торфового сорбенту-1, Торфового сорбенту-2 та деревно-осокового торфу; на основі верхового торфу; тирси; “шелухи” торфобрикетів, довели можливість використання торфового сорбенту на основі низинного торфу. Результати досліджень приведені в табл. 1.

Питомі витрати поглиначів на поглинання нафти та залежність поглинальної здатності сорбенту від розміру його частинок приведені на рис. 2 та 3 відповідно.

Рис. 2 Питомі витрати поглиначів на поглинання нафти

сорбент торфовий поглинання нафта

В результаті проведення дослідів встановлено, що торф низинного типу може бути використаний для вловлювання як легких так і важких нафтопродуктів з поверхні води (товщина шару 1 мм) [5].

Використання гумусу і залишків рослин-торфоутворювачів неефективне, так як сорбент з нафтою тоне [5].

Використання ”шелухи” брикетів є недоцільним, через високі питомі витрати (від 3,7 до 11,11 кг/кг) та посередню плавучість.

Найбільш ефективним є сорбент Торфсорб - 1 (розмір фракції 1-2 мм.) Необхідна кількість сорбенту 0,82 кг/кг, що менше за питомі витрати інших сорбентів. Даний сорбент після поглинання нафти майже не тоне (тобто не засмічує дно водойми).

По співвідношенню “ціна/нафтоємність”, яке визначає економічну ефективність використання сорбентів для ліквідації нафтових забруднень Торфсорб-1 переважає закордонні аналоги

Таблиця 1

Результати досліджень

Таблиця 2

Порівняння економічної ефективності Торфсорбу з іншими торфовими сорбентами

Рис. 3 Залежність поглинальної здатності сорбенту від розміру його частинок

Одержані результати дають можливість подальших досліджень сорбенту до стадії практичного застосування.

Література

1. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. Л.: Химия, 1982. 168 с.

2. Томсон А.Э., Соколова Т.В., Пехтерева В.С., Сосновская Н.Е., Самсонова А.С., Алещенкова З.М., Николаенков А.И. Полифункциональные сорбционные материалы на основе торфа для защиты окружающей среды // Материали международной конференции 29 мая - 2 июня 2006 г. Минск, 2006. С. 388 - 390.

3. Жуков В.К., Томсон А.Э., Самсанова А.С., Соколова Т.В., Николаенко А.И. Новые аспекты получения и применения адсорбционных материалов на основе торфа / Природопользование: Сб. науч. трудов. 2002. Вып. 8. С.167 - 181.

4. Физика и химия торфа: Учеб. пособие для вузов / И.И. Лиштван, Е.Т. Базин, Н.И. Гамаюнов, А.А. Терентьев. М.: Недра, 1989. 304 с.

5. Пастухов О.В. Вивчення сорбційних властивостей торфу. // Вісник НУВГП: Зб. Наук. праць. Вип. 2 (34) част. 2. Рівне, 2006. С.43 - 48.

Размещено на Allbest.ru