Исследование возможности использования жома сахарной свеклы в качестве сорбционного материала нефти

УДК 628.316.12

И. Г. Шайхиев, К. И. Шайхиева, А. И. Мавлетбаева ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЖОМА САХАРНОЙ СВЕКЛЫ В КАЧЕСТВЕ СОРБЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НЕФТИ

Ключевые слова: жом сахарной свеклы, нефть, сорбция.

Исследована возможность использования высушенного жома сахарной свеклы различного фракционного состава в качестве сорбционного материала нефти девонских отложений при различных температурах в статических и динамических условиях. Определено, что значение максимальной нефтеемкости жома сахарной свеклы уменьшается при понижении температуры. Наибольшими сорбционными характеристиками обладает средняя фракция реагента с размерами 1,2-5 мм.

Keywords: sugar beet's bagasse, oil, sorption.

Was researched possibility of using of dried sugar beet's bagasse of different fraction structure as a sorption material for oils of devonians deposits in different temperatures in static and dynamic conditions. Was defined, that maximum oil capacity of sugar beet's bagasse is increasing in conditions of temperature decrease. The most capacity characteristics has the medium reagent fraction with 1,2-5 mm sizes.

В продолжение работ [1-3] по исследованию жома сахарной свеклы (ЖСС) в качестве сорбционного материала для удаления нефтепродуктов из водных сред, исследовались его сорбционные характеристики по отношению к нефти. В качестве сорбата использовалась нефть девонских отложений, добытая на Тумутукском месторождении (Республика Татарстан) НГДУ «Татнефтьгеология».

Как и в предыдущем сообщении [1], определение максимальной сорбционной емкости ЖСС по отношению к нефти проводилось при температурах 4 0С и 20 0С. При названных температурах плотность нефти составила 0,900 г/см3 и 0,899 г/см3, соответственно, динамическая вязкость при 20 0С -199,1 сП.

В экспериментах использовались три фракции ЖСС: крупная - от 5,0 мм и более (до 12,0 мм); средняя - от 1,2 мм до 5,0 мм и мелкая - менее 1,2 мм.

Для определения максимальной сорбционной емкости в статических условиях на поверхность нефти объемом 50 см3 в чашке Петри присыпалось по 1 г ЖСС и через определенные промежутки времени с помощью латунной сеточки, заранее помещенной в чашку Петри, насыщенный нефтью сорбционный материал удалялся. Давалось время для стекания избыточного количества сорбата и весовым методом определялось количество удаленной нефти. Величину статической обменной емкости определяли как отношение массы сорбированной нефти к массе ЖСС.

Графики зависимости количества поглощенной нефти в зависимости от времени контактирования и фракционного состава сорбционного материала при 20 0С приведены на рисунке 1. Очевидно, что наибольшая скорость поглощения нефти наблюдается в начальный период контактирования (1-5 мин), далее значения нефтеемкости увеличиваются незначительно, постепенно выходя на плато и после 50 минут взаимодействия не изменяются, что свидетельствует о насыщении сорбционного материала сорбатом. Как следует из

приведенных графиков, наибольшим значением максимальной нефтеемкости обладает средняя фракция ЖСС - 2,11 г/г. Крупная и мелкая фракции реагента имеют одинаковые значения названного параметра - 1,67 г/г.

2.5

•Крупная фракция Средняя фракция —1— Мелкая фракция

Рис. 1 - Графики зависимости нефтепоглощения от времени и фракции жома сахарной свеклы при 20 0С

Аналогичная картина наблюдается при проведении экспериментов при пониженной температуре (рис. 2). Однако, значения максимальной сорбционной емкости по нефти несколько ниже, чем таковой показатель, определенный при 20 0С. Так, определено, что максимальная нефтеемкость средней фракции ЖСС при температуре 4 0С составляет 1,30 г/г; крупная и средняя фракции имеют сопоставимое значение названного показателя (1,05 и 1,07 г/г). По всей видимости, данное обстоятельство объясняется тем, что молекулы углеводородов, входящих в состав нефти, не обладают достаточной энергией для того, чтобы проникнуть в микропоры и в результате происходит их поглощение поверхность и макро- и мезопорами сорбционного материала [4]. Отмечено, что при 20 0С полное насыщение происходит в течение 40 минут, при 4 0С - в течение 50 минут.

♦ Крупная Фракция ——Средняя фракция Мелкая фракция

Время, мин

Рис. 2 - Графики зависимости нефтепоглощения от времени и фракции жома сахарной свеклы при пониженной температуре

Также определена максимальная нефтеемкость ЖСС в динамических условиях. Для этого через слой сорбционного материала в колонке массой 5 г пропускалось 100 г нефти. По истечении всей массы сорбата, после определенной выдержки, когда прекратится каплепадение, измерялась масса в приемнике и определялалась сорбционная емкость в динамических условиях, отнесенная к единице массы ЖСС. Следует отметить, что в экспериментах использовались средняя и крупная фракции ЖСС, при использовании мелкой фракции наблюдались определенные трудности с истечением НП через слой сорбционного материала. Проведенными экспериментами определено, что нефтеемкость ЖСС, определенная в динамических условиях, составила 2,60 и 2,65 г/г для крупной и мелкой фракции СМ, соответственно.

Учитывая тот факт, что в состав ЖСС входит большое количество гидрофильных соединений [5], определялось водопоглощение сорбционного материала. Для определения максимальной сорбционной емкости в статических условиях на поверхность дистиллированной воды объемом 50 см3 в чашке Петри присыпалось по 1 г ЖСС и через определенные промежутки времени с помощью латунной сеточки, заранее помещенной в чашку Петри, сорбционный материал насыщенный водой удалялся. Давалось время для стекания избыточного количества жидкости и весовым методом определялось количество удаленной воды.

Величину статической обменной емкости определяли как отношение массы сорбированной воды к массе ЖСС. Как следует из графиков

зависимости поглощения воды в зависимости от фракции ЖСС (рис. 3), значения водопоглощения в несколько раз превышают значение максимальной нефтеемкости, что будет создавать определенные проблемы при удалении разливов нефти с водной поверхности.

Время, мин

> Крупная фракция  Средняя фракция А Мелкая фракция

Рис. 3 - Графики зависимости водопоглощения в зависимости фракции жома сахарной свеклы и времени контактирования

Как и в случае сорбции нефти и легких моторных топлив [1] наибольшим значением водопоглощения обладает средняя фракция ЖСС, крупная и мелкая фракции имеют практически сопоставимые значения названного параметра (5,71 и 5,49 г/г, соответственно).

Таким образом, проведенными исследованиями определены значения максимальной нефтеемкости и водопоглощения ЖСС. Найдено, что наибольшие значения названных показателей имеет средняя фракция сорбционного материала.

Литература

1. И.Г. Шайхиев, С.В. Степанова, К.И. Шайхиев, А.И. Мавлетбаева, Вестник технологического университета, 18, 13, 246-248 (2015).

2. А.Ф. Шарафисламова, И.Г. Шайхиев, Тезисы доклада Международной научно-практической конференции в области экологии и безопасности жизнедеятельности «Дальневосточная весна 2007», Комсомольск-на-Амуре, 2007. С. 187-189.

3. А.Ф. Шарафисламова, И.Г. Шайхиев, Материалы IV Всероссийской конференции «Актуальные вопросы защиты окружающей среды и безопасность территорий регионов России», Улан-Удэ, 2007. С. 7881.

4. А.Д. Смирнов, Сорбционная очистка воды, Химия, Ленинград, 1982. 168 с.

5. А.П. Леснов, Сахар, 8, 2-5 (2010).

© И. Г. Шайхиев - д.т.н., зав. кафедрой Инженерной экологии Казанского национального исследовательского технологического университета, ildars@inbox.ru; К. И. Шайхиева - студ. гр. 1231-32 той же кафедры; А. И. Мавлетбаева -асп. той же кафедры

© I G. Shaikhiev - D.Sc.Tech, Head of Industrial Ecology cathedra of Kazan National Research Technological University, ildars@inbox.ru; K. I. Shaykhieva - student of 1231-32 group of Industrial Ecology cathedra of the same university; A. I Mavletbaeva - graduate student of Industrial Ecology cathedra of the same university.