СОРБЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
SORBENT FOR PURIFICATION OF ENVIRONMENTAL OBJECTS AND METHOD OF OBTAINING THEREOF

Изобретение относится к сорбентам для очистки объектов окружающей среды и способам его получения (воды и грунтов, загрязненных нефтью и нефтяными углеводородами).
Известен сорбент нефти, нефтепродуктов и органических растворителей (варианты) (RU 2333792, B01J 20/22, опубл. 20.09.08) [1]. Сорбент содержит твердый пористый носитель и органический модификатор. В первом варианте исполнения в качестве органического модификатора используют прямой или активный краситель или красители на основе порфиринов и фталоцианинов. Во втором варианте исполнения в качестве органического модификатора используют кубовый краситель. В третьем варианте исполнения в качестве органического модификатора используют сернистый краситель.
К недостаткам известного сорбента относится сложность технологии, относительно низкая сорбционная емкость.
Известен сорбент для очистки объектов окружающей среды (RU 2209113, B01J 20/22, опубл. 27.07.2003) [2], содержащий органический горючий материал и битум, причем он содержит битум в виде раствора в легком углеводороде или водной эмульсии, а также дополнительно содержит дисперсный алюмосиликат, гидролизованный до 2≤pH≤5, при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум 0,5-5; дисперсный гидролизованный алюмосиликат 1-3; торф, (в пересчете на сухое вещество) 92-98,5.
К недостаткам известного сорбента относится использование в качестве агента, придающего торфу гидрофобные свойства битума, растворенного в легком углеводороде (бензин, керосин и др.), что требует осуществления дополнительной технологической операции их приготовления и соблюдения особых условий техники безопасности. Нанесение гидролизованного дисперсного алюмосиликата в виде водной суспензии на поверхность торфа целесообразно только при использовании сорбента в качестве фильтрующего материала при водоочистке. При использовании сорбента для удаления нефти и нефтяных углеводородов с твердой и водной поверхности, операции приготовления гидролизованного дисперсного алюмосиликата и его нанесение на поверхность торфа являются нецелесообразными. Нефть, поглощенная сорбентом, исключает возможность гидролиза компонентов торфа.
Известен способ гидрофобизации вспученного перлитового песка (SU 1171585, E02B 15/08, C02F 1/40, C02F 1/40, C02F 101:32, опубл. 07.08.1985) [3], включающий нанесение гидрофобизатора на поверхность сорбента путем напыления гидрофобизатора температурой 125-135°С на вспученный перлитовый песок, нагретый до 75-80°C, причем в качестве гидрофобизатора используют смесь следующего состава, мас.ч.: высокомолекулярные карбоновые кислоты 1,0-4,0; щелочные соли карбоновых кислот 0,4-0,8; парафиновые углеводороды 5,2-8,6.
Сорбент, полученный таким способом, обладает незначительной нефтеемкостью (40-60% от их веса) как на твердой, так и на водной поверхности. В связи с этим требуется большой расход сорбента.
К недостаткам известного способа также относится то, что из-за высокого удельного веса исходного материала удельный вес частиц сорбента с собранной сорбентом нефтью становится выше удельного веса воды, и частицы оседают на дно, не выполняя основной задачи по очистке.
Известен способ получения сорбента для очистки от нефти твердых и водных поверхностей (RU 2116128, B01J 20/24, B01J 20/30, C02F 1/28, опубл. 27.07.1998) [4], включающий в качестве носителя фрезерный верховой торф малой степени разложения, предварительно подсушенный с 60% до 23 -25% влажности и спрессованный под давлением 14,0-15,0 МПа в брикеты, в качестве гидрофобных агентов - водонерастворимые, углеродосодержащие продукты, выделяющиеся вместе с водой из твердого органического вещества торфа при его термообработке при температуре 250-280°C без доступа воздуха до влажности 2,5-10,0%.
К недостаткам известного сорбента относится сложная технология его получения, требующая специального оборудования и больших энергетических затрат. Следует отметить, что обработка торфа при температуре выше 250°C приводит к разрушению его клеточной структуры и снижению нефтеемкости.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка сорбента для очистки твердой или водной поверхности, загрязненной нефтяными углеводородами и способа его получения. Предлагаемый сорбент является экологически чистым, недорогим и обладает высокими характеристиками сорбционной емкости, гидрофобности, плавучести, времени насыщения нефтью до предельной величины. Способ получения сорбента не требует сложного оборудования и отличается простотой его осуществления.
Указанный технический результат достигается тем, что сорбент для очистки твердой или водной поверхности, загрязненной нефтяными углеводородами, включает органический носитель в виде торфа и гидрофобизирующий агент, при этом в качестве гидрофобизирующего агента он содержит остаток от гидролиза торфа перекисью водорода и аммиаком, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
торф (в пересчете на сухое вещество) 93-97;
остаток от гидролиза торфа (в пересчете на сухое вещество) 3-7.
Сорбент в качестве органического носителя предпочтительно содержит верховой торф низкой зольности (2-4%) с невысокой степенью разложения (5-10%).
Остаток от гидролиза торфа перекисью водорода и аммиаком представляет собой отход производства стимулятора роста растений.
Указанный технический результат также достигается тем, что способ получения сорбента включает равномерное распределение на органический носитель в виде торфа гидрофобизирующего агента, при этом торф предварительно сушат, сепарируют, диспергируют, затем перемешивают с гидрофобизирующим агентом до его равномерного распределения на поверхности диспергированного торфа и полученный сорбент высушивают и направляют на грохочение.
Торф предварительно сушат до влажности 50-55%, сепарируют, отделяя его от примесей очеса, древесины и корневищ, диспергируют до фракции 2-7 мм.
Полученный сорбент высушивают на воздухе при температуре 20-25°C до влажности 10-11% или высушивают принудительной сушкой при температуре не выше 120°C до влажности 5-6%.
Грохочение проводят с отсевом фракции более 5 мм с получением готового сорбента в виде порошка 0-5 мм.
Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый сорбент отличается от прототипа тем, что для повышения его гидрофобности, в его состав дополнительно к торфу включают остаток от гидролиза торфа перекисью водорода и аммиаком, который может быть отходом производства стимулятора роста растений (RU 2213452, A01N 65/00, C05F 11/02, опубл. 10.10.2003) [5]. Остаток от гидролиза торфа содержит лигнин, битум, гуминовые кислоты, обеспечивающие сорбенту дополнительные гидрофобные свойства. Использование остатка от гидролиза торфа в составе сорбента не приводит к нарушению структуры торфа и, соответственно, к уменьшению сорбционной способности.
Для получения предлагаемого сорбента можно использовать любой тип торфа. Сорбционная способность торфа определяется наличием органического вещества и будет тем выше, чем менее нарушена его структура. Поэтому для получения сорбента предпочтительно использовать верховой торф низкой зольности (2-4%) и невысокой степени разложения (5-10%).
Количественные соотношения ингредиентов, входящих в состав сорбента для очистки объектов окружающей среды, подобраны экспериментальным путем. Нижний предел гидрофобизирующего агента, в качестве которого используют остаток от гидролиза торфа перекисью водорода и аммиаком [5], обусловлен тем, что при дальнейшем уменьшении его количества в составе сорбента при любой температуре высушивания (до 120°C) уменьшается его гидрофобность. Повышение верхнего предела не приводит к увеличению гидрофобности сорбента (таблица 1). Торф, предварительно высушенный, является основой сорбента.
В примере 1 описан способ получения стимулятора роста растений, отходом производства которого является остаток от гидролиза торфа, который применяется для получения предлагаемого сорбента.
Пример 1. В автоклав загружают 1000 г (400 г а.с.в.) осокового торфа влажностью 60%, смачивают с 3200 мл воды до достижения гидромодуля 9,5:1, приливают 100 мл 25%-ного раствора аммиака (25% на а.с.в. торфа), что соответствует 250 мл 10%-ного раствора аммиака или 5,7 мас.% на 100 мл 30%-ного раствора перекиси водорода (25% на а.с.в. торфа), что соответствует 300 мл 10%-ной перекиси водорода или 6,8 мас.%.
Автоклав закрывают и включают обогрев. Дальнейшую обработку проводят при 120°C в течение четырех часов при перемешивании. Полученную суспензию разделяют центрифугированием на жидкую и твердую фазу. Жидкая фаза является стимулятором роста растений. Твердая фаза, являющаяся отходом производства стимулятора роста растений из торфа, используется для приготовления сорбента для очистки объектов окружающей среды по примеру 2.
Пример 2. Способ получения сорбента осуществляется следующим образом: верховой сфагнум торф зольности 2,5%, степени разложения 5% предварительно сушат в буртах до влажности 50-55%, сепарируют, отделяя тем самым его от примесей очеса, древесины и корневищ, диспергируют до фракции 2-7 мм, перемешивают с гидрофобизирующим агентом (остатком от гидролиза торфа при получении стимулятора роста растений) до его равномерного распределения на поверхности диспергированного торфа. После этого смесь высушивают. Высушивание смеси осуществляют на воздухе при температуре 20-25°C. Высушенный сорбент направляют на грохочение, где происходит отсев фракции более 5 мм. В результате получают готовый сорбент в виде порошка с размером частиц 0,5-5 мм, влажности 10-11%, готовый к использованию.
Полученный сорбент состоит из торфа, смешанного с остатком от гидролиза торфа перекисью водорода и аммиаком, придающим ему дополнительные гидрофобные свойства.
Предпочтительнее использовать принудительную сушку полученной смеси сорбента при температуре не выше 120°C. В этом случае влажность готового продукта (сорбента) составляет 5-6%, а сорбционная емкость и гидрофобность сорбента будут выше, чем в случае высушивания сорбента на воздухе при комнатной температуре, таблица 2.
В таблице 2 приведены примеры составов сорбента, условий высушивания сорбента, его применения на твердой и водной поверхности, их характеристики.
Пример 3. Для очистки твердой или водной поверхностей, загрязненных нефтяным углеводородом (УВ), приготовленный сорбент в виде порошка с размером частиц 0,5-5 мм помещают на загрязненную поверхность в необходимом количестве для связывания нефтяных углеводородов. Время насыщения сорбента углеводородом (УВ) - 3-5 мин. Сорбент, насыщенный УВ, удаляют с водной поверхности сетчатой ловушкой, а с твердой поверхности - имеющимися средствами.
Преимущество заявляемого изобретения заключается в получении сорбента для очистки объектов окружающей среды экологически чистого, недорогого, с высокими характеристиками сорбционной емкости, гидрофобности, плавучести, времени насыщения нефтью до предельной величины. Получение предлагаемого сорбента по сравнению с прототипом не требует осуществления дополнительных технологических операций - приготовление водной эмульсии битума или растворение битума в легком углеводороде, приготовление гидролизованных дисперсных алюмосиликатов.
В заявляемом изобретении для получения сорбента использовано обычное оборудование, а в качестве компонента, придающего торфу дополнительные гидрофобные свойства, применяется отход производства стимулятора роста растений из торфа [5], что решает проблему утилизации отходов производства и охраны окружающей среды и обусловливает соответствие изобретения критерию "промышленная применимость".
Таблица 1
Сорбент для очистки объектов окружающей средыи способ его получения
№ п/п
Температура высушивания сорбента, °C
Время сушки сорбента, час
Состав сорбента, %
Торф, 100%
Торф-97% Остаток от гидролиза торфа - 3%
Торф-93% Остаток от гидролиза торфа - 7%
Торф-90% Остаток от гидролиза торфа- 5%
Относительная влажность сорбента, %
1
20-25
72
11,1±0,18
10,5±0,16
11,0±0,17
10,9±0,15
2
60-70
2
8,2±0,12
8,2±0.10
8,3±0,12
8,4±0,13
3
90-100
2
6,4±0,09
6,6±0,10
6,7±0,10
6,7±0,09
4
110-120
2
5,1±0,07
5,4±0,07
5,3±0,07
5,7±0,08
Гидрофобность сорбента,%
1
20-25
72
48
61
69
68
2
60-70
2
57
83
89
86
3
90-100
2
81
98
100
98
4
110-120
2
100
100
100
100