В статье автор исследует возможность использования в качестве сорбента для ликвидации розливов нефти модифицированного кремнезёма неуплотнённой формы, его основные технические показатели и свойства.

Ключевые слова: кремнезём неуплотнённой формы, силикат натрия, сорбенты, технологичность, экологичность, модифицированный кремнезём.

Рост шельфовой добычи нефти и транспортировки нефтепродуктов морским транспортом увеличивает риск техногенных аварий, приводящих к загрязнению водных поверхностей в результате утечек и розливов. Для удаления нефтяных пятен с морской поверхности разработаны различные сорбенты и технологии их применения .

Тем не менее, поиск новых и расширение технических показателей сорбентов является актуальной социально значимой задачей.

Представляет практический интерес разработка экологически безопасного для флоры и фауны, эффективного сорбента, способного к регенерации или дальнейшему квалифицированному использованию.

Рынок сорбентов в настоящий момент широко представлен как природными сорбентами, так и синтетическими (органические и неорганические материалы), но не смотря на это универсального сорбента, удовлетворяющего всем вышеперечисленным требованиям пока не найден.

Одним из наиболее подходящим к указанным требованиям выступает сорбент класса модифицированный кремнезёмный наполнитель.

Часто применяемым способом очистки морских акваторий от розливов нефтепродуктов является равномерное распыление сорбента над водной поверхностью. Сбор сорбента, как правило, осуществляется механическим способом с помощью боновых заграждений.

Основным качеством сорбента в данном способе является высокая гидрофобность и плавучесть, высокая степень поглощения нефтепродукта, простота сбора отработавшего сорбента и легкость его регенерации, экологичность и относительная дешевизна .

Согласно ранее проведённым исследованиям , модифицирование поверхности диоксида кремния солями металлов позволяет повысить масло- и нефтеёмкость получаемых высокодисперсных порошков. Для гидрофобизации кремнезёмов часто используют кремнийорганические жидкости.

В предлагаемом способе в качестве кремнезёмов использовались промышленно производимые белые сажи марок БС-100, БС-120, а в качестве модификатора водный раствор силиката натрия и полиакриламида.

Процесс получения модифицированного кремнезёма включает внесение и смешение расчётного количества модификатора в суспензию белой сажи и дальнейшую распылительную сушку. Начало взаимодействия ионов модификатора и диоксида кремния происходит в суспензии. В процессе сушки происходит завершающая стадия взаимодействие ионов модификатора с диоксидом кремния.

Подобный вид сушки обеспечивает равномерность нагрева, равномерность нанесения модификатора на поверхность диоксида кремния, однородность получаемого порошка по гранулометрии и удельной поверхности, гидрофобность материала.

Гидрофобность поверхности модифицированного кремнезёма проводили согласно ГОСТ 32704–2014.

В ходе проведённых исследований установлено, что модифицированный диоксид кремния марки БС-120 (неуплотнённой формы) повышает его нефте- и маслоёмкость на 35–45 %, при чём важное значение на структурообразование оказывают и условия процесса распылительной сушки. Было проведено несколько модельных опытов по оценки эффективности сорбента. В химический стакан наливали 100 мл воды, вносили 1,5 г нефти и добавляли порционно сорбент. Через 12 минут визуально оценивали наличие нефтяного пятна или нефтяной плёнки на поверхности воды. Если нефтяные следы оставались, добавлялся сорбент в той же порции и снова через 12 минут оценивали результат. При понижении температуры с 20–25 С до 10–12 С эффективность сорбентов снижается на 30 %, а модифицированных только на 5 %. Результаты исследований отображены в таблице.

Таблица 1

Сравнительные испытания образцов сорбента

Образцы № 1, 2, 3, 4 представляют собой кремнезём БС-120 (неуплотнённой формы) обработанный различным количеством модифицирующего состава.

Процесс модификации, обуславливающий образование водородных связей и параметры распылительной сушки позволяет снизить насыпной вес сорбента до 20–25 % и увеличить удельную поверхность на 10–12 %, что оказывает положительное влияние на показатели масло- и нефтеёмкости. Предлагаемое техническое решение позволяет повысить сорбционную способность, технологичность и экологичность процесса сбора нефтепродуктов с поверхности.

В ходе исследований выявлены следующие результаты и закономерности:

1. Применение неуплотнённой формы выпускаемого промышленностью кремнезёма повышает его сорбционные свойства и технологичность применения.
2. Использование распылительной сушки в процессе модификации кремнезёмов позволяет снизить насыпной вес на 15–20 %, увеличить удельную поверхность на 10–20 %.
3. Обработка суспензии кремнезёма модификатором, водным раствор силиката натрия и полиакриламида, с последующей распылительной сушкой позволяет получить гидрофобный сорбент для сбора нефтепродуктов с поверхности воды с высокой нефтеёмкостью и плавучестью.
4. Технологичность применения обеспечивается достаточной простатой нанесения на большие площади акваторий и равномерным распределением сорбента по водной поверхности, высокой плавучестью в начальном и в насыщенном состоянии, минимальном водопоглощении.

Таким образом, предлагается универсальный сорбент с комплексной эффективностью по показателям:

— экологичность исходного материала и смеси модификатора;

— не требует особых условия хранения и транспортировки;

— простота нанесения и последующего извлечения с водной пверхности сорбента;

— нанесение при ликвидации разливов при различных прородно-климатических и гидродинамических условиях.

Литература:

1. Байбурдов Т. А., Шмаков С. Л. Полимерные сорбенты для сбора нефтепродуктов с поверхности водоёмов: обзор русскоязычной литературы за 2000–2017 гг. (Ч. 1). // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2018 Т. 18, вып. 1 С. 36–44.
2. Байбурдов Т. А., Шиповская А. Б. Полимерные сорбенты для сбора нефтепродуктов с поверхности водоёмов: обзор англоязычной литературы за 2000–2017 гг. (Ч. 3) // Изв. Сарат. Ун-та. Нов. сер. Сер: Химия. Биология. Экология. 2018. Т. 18, Вып. 3. С. 285–298.
3. Мязин В. А. Оценка возможности применения минерального сорбента для очистки нефтезагрязненных морских вод. Севастополь. Изд-во: СевГУ, 2017
4. Коган В. Е. Стеклообразные пеноматериалы неорганической и органической природы и перспективы очистки окружающей среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами // Записки Горного института. 2016. Т. 218. С. 331–338.
5. Обзор рынка сорбентов (поглотителей) для ликвидации разливов нефтепродуктов в России (INFOMINE Research Group). –М.: 2022
6. Кулакова И. И., Лисичкин Г. В. Ликвидация аварийных разливов нефти. Сорбционная очистка поверхности акваторий от нефтяных загрязнений. Москва. Изд-во: Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, 2022.