СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИБРИДНОГО ОРГАНО-НЕОРГАНИЧЕСКОГО СОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ РАЗЛИЧНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОТ РАЗЛИВОВ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ
METHOD OF MAKING HYBRID ORGANIC-INORGANIC SORBENT FOR CLEANING VARIOUS SURFACES FROM OIL AND OIL PRODUCT SPILLS

Изобретение относится к области получения гибридных органо-неорганических композитов на основе слоистых силикатов, которые могут быть использованы в качестве сорбента для очистки водной поверхности и суши от разливов нефти и нефтепродуктов.
Из всего многообразия существующих в природе слоистых силикатов наиболее перспективным является монтмориллонитовая глина, способная в определенных условиях расслаиваться на отдельные пластины толщиной порядка 1 нм и диаметром 20-250 нм. Интеркаляция в неорганические слои монтмориллонита - превосходный путь конструирования новых органо-неорганических наноансамблей - супрамолекулярных образований с оригинальной структурой [Polymer-Clay-Nanocomposites/Ed. By Pinnavaia T.J., Beall G. New York: Wiley, 2000.; Polymer Nanocomposites: Synthesis, Characterization, and Modelong. ACS Symp. Ser. 804 / Ed. By Krishnamoorti R., Vaia R.A. Washington. DC.: Am. Chem. Soc, 2001]. Для достижения хорошей совместимости органического и неорганического компонентов (изначально термодинамически несовместимых) и обеспечения проникновения макромолекул в пространства между силикатными слоями на поверхность частиц наполнителя и в его межплоскостные пространства активируют различными ПАВ [Alexander М., Dubois P. // Mater. Sci. Eng. 2000. V.28. P.1; Ray S.S., Okavoto M. // Prog. Polym. Sci. 2003. V.28. P.1539].
Примерами активирующих ПАВ для слоистых алюмосиликатов являются следующие: амины и аммониевые соединения, например дистеарилдиметиламмонийхлорид, стеарилбензилдиметиламмонийхлорид, стеариламин, стеарилдиэтоксиамин и аминододекановая кислота [имеющаяся в продаже под названием Nanofil (RTM), выпускающаяся фирмой Südchemie, Germany]; диметилдиталлоуаммониевые, триоктилметиламмониевые, диполиоксиэтиленалкилметиламмониевые и полиоксипропиленметилдиэтиламмониевые соединения [имеющиеся в продаже под названием модифицированный Somasif (RTM), выпускающиеся фирмой COOP Chemical]; октадециламин, триэтоксисиланилпропиламин [имеющийся в продаже под названием Nanomer (RTM), выпускающийся фирмой Nanocor], полиалкоксилированные аммониевые соединения, такие как, например, октадецилбис(полиоксиэтиленамин [Ethomeen (RTM), выпускающийся фирмой Eastman] и октадецилметилбис(полиоксиэтиленаммонийхлорид [Etoquad (RTM), выпускающийся фирмой Eastman] и соответствующие свободные амины, фосфониевые соединения, например, тетрабутилфосфониевые и октадецилтрифенилфосфониевые соединения [выпускающиеся фирмой Eastman].
В патенте SU №831168 «Способ получения сорбента» для активации поверхности бентонита используют радикальные инициаторы - персульфат аммония или калия. Известен способ активации монтмориллонита акрилатом/метакрилатом гуанидина (патент РФ №2331470).
Недостатками использования данных соединений для активации поверхности слоистых алюмосиликатов являются высокая стоимость, дефицитность модификаторов и сложная технология их получения.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения органоминерального катионита [Е.Е.Ергожин, A.M.Акимбаева, А.Д.Товасаров. Пластические массы, №10, 2005].
Способ его получения заключается в том, что бентонит Монракского месторождения (Казахстан), основным породообразующим минералом которого является монтмориллонит, активируют 20% серной кислотой при нагревании в течение 6 часов на водяной бане. Затем бентонит обрабатывают раствором перекиси бензоила в качестве инициатора и высушивают в вакууме до постоянного веса. Высушенный бентонит помещают в реакционную колбу, добавляют водный раствор акриловой кислоты и продувают инертным газом. Реакционную систему при перемешивании нагревают при температуре 40-60°C. При этом получается активированный полиакриловой кислотой бентонит, который проявляет свойства слабокислотного катеонита.
Недостатком данного способа получения активированного бентонита является то, что обработка глинистых минералов неорганическими кислотами приводит к глубокому изменению их структуры и свойств. Эти изменения, прежде всего, выражаются в значительном разрушении октаэдрических слоев в результате растворения оксидов алюминия, магния и железа. При этом H-форма бентонита переходит в Al-форму, особенно при нагревании и увлажнении, что сопровождается значительной потерей активности. Кроме того, данный способ отличается многостадийностью и длительностью процесса.
В заявляемом изобретении в качестве природного алюмосиликата используют природную бентонитовую глину с содержанием не менее 80% монтмориллонита. Задача, решаемая изобретением, - упрощение процесса активации поверхности слоистых алюмосиликатов, улучшение эксплуатационных качеств бентонитовой глины, снижение себестоимости сорбента за счет использования доступных активаторов поверхности слоистых силикатов.
Заявляемый способ отличается тем, что для активации поверхности бентонитовой глины используют мочевину. Для получения органо-неорганического сорбента к водной суспензии бентонитовой глины добавляют активатор поверхности - мочевину, обрабатывают активированную поверхность непредельной органической кислотой акриловой (АК) или метакриловой (МАК) кислотой в присутствии радикального инициатора полимеризации персульфата аммония и нагревают реакционную смесь при температуре 40-60°C при перемешивании до полимеризации непредельной органической кислоты. Соотношение компонентов бентонитовая глина:мочевина:непредельная органическая кислота 1:0,1:0,5 мас.%
Способ осуществляется следующим образом.
Пример 1
В суспензию бентонита, содержащую 10 г глины и 50 мл воды, приготовленную перемешиванием с использованием механической мешалки в течение 30 минут, добавляют 0,1 г мочевины и перемешивают еще 1 час при комнатной температуре. Затем добавляют в реакционную колбу 5 мл метакриловой кислоты и 0,005 г персульфата аммония. Реакционную смесь перемешивают при 40-60°C до полимеризации непредельной органической кислоты. Полученный продукт извлекают из колбы, многократно промывают дистиллированной водой и сушат при комнатной температуре 48 часов.
Пример 2
Как в примере 1 только вместо метакриловой берут акриловую кислоту.
Технический результат достигается получением органо-неорганических сорбентов, обладающих необходимыми эксплуатационными свойствами, с использованием дешевого и доступного сырья - бентонитовой глины отечественного месторождения, мочевины и непредельных органических кислот.
Исследование динамической и статической сорбционной емкости синтезированных сорбентов по отношению к нефтепродуктам проводили с использованием модельных водных растворов, которые предварительно были загрязнены бытовым машинным маслом и сырой нефтью. Содержание нефтепродуктов в очищенной сорбентами воде контролировали флуориметрически на приборе «Флюорат-02-М».
Результаты исследования сорбции нефтепродуктов на синтезированных сорбентах приведены в таблице.
Изменение содержания нефтепродуктов в модельном растворе после очистки синтезированным сорбентом
Токсикант
Содержание, мг/л
Эффективность очистки, %
ПДК
До сорбции
После сорбции
Дизельное топливо
5,0±0,1
0,01±0,005
99,8
0,1
Мазут
5,0±0,1
0,05±0,001
98,9
0,3
Полученные сорбенты обладают также плавучестью, что позволит их использовать для очистки поверхности воды от нефтепродуктов и в качестве загрузки сорбционных боновых заграждений. Оценка эффективности использования порошка синтезированного сорбента для ликвидации нефтяных загрязнений на поверхности воды показала, что сорбент, рассыпанный по поверхности пятна нефти, связывает ее за счет действия адгезионных сил, в результате чего на поверхности воды образуется твердый агломерат, занимающий по сравнению с пятном нефти существенно меньшую площадь. Эта масса легко убирается с поверхности воды. Максимальная сорбционная емкость порошка сорбента составляет 900 мг нефти на 1 г сорбента. Величина этого параметра практически не зависит от состава воды и температуры в интервале 5-20°C.
Для проверки эффективности полимерно-глинистых сорбентов нами была изучена их сорбционная способность на реальных промстоках автомойки «393» г.Нальчика на адсорбционной установке с неподвижным слоем адсорбента. Эффект очистки, при фильтрации промстоков автомойки через указанные фильтрующие материалы, составил 95-98%. Выявлены значительные улучшения нормируемых показателей качества промстока после обработки гибридными полимерными нанокомпозитами, концентрация нефтепродуктов, загрязняющих воду, не превышает ПДК, установленные на воду для сброса в открытые водоемы.