СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ
METHOD FOR PREPARING SORPTION MATERIAL FOR PURIFYING WASTE WATER FROM OIL PRODUCTS

Изобретение относится к очистке вод от нефтепродуктов сорбцией и может быть использовано для глубокой очистки сточных вод, технологических растворов от нефтепродуктов; для доочистки разнообразных сточных вод от нефтепродуктов (НП), а также с поверхности воды.
Известен способ получения сорбента для очистки сточных вод от нефтепродуктов с начальным содержанием нефтепродуктов до 50 мг/л, который получают путем радикальной сополимеризации технического дивинилбензола (ДВБ) и стирола в растворе бензина (патент РФ 2393917, выдан 06.08.2007).
Недостатками способа являются большая длительность процесса - 4 ч, использование взрывоопасного вещества - бензина, а также воды для промывки сорбента, которая потом требует очистки от растворителя, что приводит к усложнению технологии и ее удорожанию.
Известен также способ получения сорбента из растворов полиолефинов в органических растворителях, который получают по экологически безопасной технологии, исключающей в отличие от традиционного использование больших количеств дорогостоящего осадителя (патент РФ №2194719, выдан 20.12.2002).
Данный способ предполагает растворение полимера полиэтилена низкого давления при температуре 80-84°C, охлаждение раствора до комнатной температуры, измельчение образовавшейся парафиноподобной массы и смешение ее с водой; нагрев полученной смеси до температуры, не превышающей температуру плавления полимера в присутствии органического растворителя (толуол, ксилол). Выделение полимера проводят путем вакуумирования этой смеси до полной отгонки растворителя, а разделение жидкостей осуществляют конденсацией их паров при температуре -5-0°C. Затем порошок фильтруют от воды и сушат в течение 20 минут при температуре 100°C. Собранные в сборнике конденсата органический растворитель и воду разделяют путем отстаивания и декантации.
Однако порошок, получаемый по описанному способу, имеет относительно большие размеры частиц (1000 мкм и более), что снижает его сорбционную емкость, которая находится на уровне всего лишь 1-2 г/г и, следовательно, эффективность использования в качестве сорбента. Кроме того, способ не предусматривает возможность получения порошков полимера из отходов.
Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ получения тонкодисперсного (с размером частиц не более 35±10 мкм и сорбционной емкостью 3,5-4,0 г/г) полимерного порошка, включающий измельчение отходов полиэтилена (отработавшие срок службы сельскохозяйственная и упаковочная пленки, бывшие в употреблении тары и упаковки, литники и т.п.), предварительно растворенных в органических растворителях (толуол, п-ксилол, гептан), при 90°C и интенсивном перемешивании для гомогенизации раствора в течение 30 мин до образования парафиноподобной массы, которую измельчают при добавлении к ней воды в соотношении 1:1 и перемешивании с интенсивностью 2500-3000 об/мин, далее порошок фильтруется и сушится при температуре 100°C (патент РФ 2252071, выдан 28.07.03).
Однако этот способ имеет ряд недостатков: для растворения отходов полимера (полиэтилена) требуются дорогие и токсичные растворители (толуол, п-ксилол, гептан), интенсивное и долгое перемешивание, а также дополнительное дробление полученного сорбента до получения нужного размера частиц, применение воды при получении сорбента, которая потом требует очистки от растворителя, приводит к удорожанию процесса.
Задачей изобретения является создание полимерного гидрофобного сорбционного материала из отходов полиэтилентерефталата (ПЭТ) (упаковка, бутылки, тара и т.п.) с повышенной сорбционной емкостью к нефти и нефтепродуктам с использованием доступных дешевых и нетоксичных растворителей, удешевление технологии его получения.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения сорбционного материала для очистки сточных вод от нефтепродуктов, включающем измельчение отходов полимера с последующим растворением в органическом растворителе с перемешиванием при повышенной температуре и с последующим охлаждением до комнатной температуры.
В качестве отходов полимера используют отходы полиэтилентерефталата (упаковка, бутылки, тара и т.п.), в качестве органического растворителя используют бензиловый спирт (БС) 32,5-30 мас. %, в который дополнительно вводят пластификатор - дибутилфталат (ДБФ) 32,5-30 мас. %, при концентрации полимера 35-40 мас. %, перемешивают при температуре 150°C со скоростью 75-100 об/мин в течение 10 мин. Охлаждение смеси осуществляют до комнатной температуры при постоянном перемешивании, что приводит к выпадению мелкодисперсного порошка, который совмещают с ацетоном в соотношении 1:2 до образования пористой структуры, с размерами пор 20-50 нм, удаление остатков ацетона проводят фильтрованием и сушкой при 60°C.
При данной температуре нагрева испаряется ацетон. Фильтрат упаривают для регенерации растворителя, который так же, как и остаток пластификатора, может быть использован для повторного растворения ПЭТ. Полученный порошок может быть применен в качестве сорбционного материала для очистки воды от нефти и нефтепродуктов.
Сорбционный материал, полученный заявляемым способом, имеет 95% частиц с размером - 15-80 мкм, который определяли на лазерном дифракционном анализаторе размеров частиц SALD - 2201, размер пор сорбента по данным метода BJH составил ~50 нм.
В таблице 1 представлены свойства сорбционного материала, полученного заявляемым способом.
За счет образования мелкодисперсных частиц и пор повышается сорбционная емкость получаемого сорбента. Сорбционная емкость в статических условиях сорбции составляет до 990 мг/г, при сорбции нефтепродуктов в виде пленки с поверхности воды - 4,5 г/г. Полученный сорбент обладает гидрофобностью, плавучестью и высокой адгезией к нефти и нефтепродуктам.
Нагревание смеси до 150°C определяется растворимостью полимера и температурой кипения растворителя. При температуре ниже 150°C полимер не растворяется, а повышение температуры выше 150°C - экономически нецелесообразно, т.к. при этой температуре полное растворение полимера происходит за 10 минут. Сушку полученного сорбента осуществляют под вакуумом при температуре 60°C для удаления ацетона, при этом уловленный ацетон может быть использован повторно.
Таким образом, как следует из экспериментальных данных, при содержании в составе композиции ПЭТ в количестве 35-40 мас. % (пример 3, 4) образуется мелкодисперсный порошок с остаточным содержанием пластификатора и растворителя. После промывки порошка до 95% растворителя и пластификатора переходит в раствор и может быть регенерировано. Полученный сорбционный материал может быть использован для сорбционной очистки сточных вод от нефтепродуктов.
Исследование процесса сорбции нефтепродуктов полученным сорбционным материалом по примеру 3, 4 проводилось в статических условиях при перемешивании системы вода-нефтепродукт с концентрацией нефтепродукта до 1 г/л со скоростью 2500 об/мин, время контакта фаз 30 мин. В качестве нефтепродуктов использовались машинное масло И-20А, бензин А-95, нефть. Концентрацию нефтепродуктов измеряли методом инфракрасной спектрофотометрии на приборе «КН-3». Сорбционная емкость составила 990 мг/г. Сорбционный материал, полученный заявляемым способом, может быть использован в качестве сорбционного материала для очистки промышленных стоков в статических условиях и в порошковых технологиях.
Полученный сорбционный материал по примеру 3, 4 рассыпается на пятно нефти или нефтепродуктов (например, минерального масла, дизельного топлива, бензина и т.п.) на водной поверхности и за счет сил адгезии связывает их в количестве, в 4,5 раза превышающем собственный вес, что соответствует сорбционной емкости 4,5 г/г нефтепродуктов. В результате, на поверхности исчезает разлив нефтепродукта и образуется агломерат, который обладает плавучестью. Агломерат легко собирается с поверхности любым механическим способом, например ковшами из металлической сетки. Собранный агломерат может быть подвергнут регенерации или использоваться в качестве твердого топлива в промышленности.