Композиция для полимерного сорбента
COMPOSITION FOR POLYMER SORBENT

Изобретение относится к технологиям защиты окружающей среды, в частности, к полимерным композициям для получения сорбентов в виде сыпучего материала и сорбирующих изделий разной формы (сорбирующие боны, маты, подушки, салфетки, покрывала), применяющихся при пониженных температурах с целью устранения нефтяных загрязнений с природных и искусственных поверхностей, и применимо при очистке почвы и воды, включая промышленную.
Известна полимерная композиция для получения сорбента, включающая карбамидоформальдегидную смолу, антипирен, инертный наполнитель, пенообразователь ПО-1, отвердитель - неорганическую кислоту и воду [Патент RU №2186800 С2 МПК C08L 61/24, опубл. 10.08.2002 г., бюл. №22].
Недостатком этого полимерного сорбента является его стоимость, т.к. в его состав входят дорогостоящие исходные ингредиенты.
Известна композиция для получения полимерного сорбента, включающая карбамидоформальдегидную смолу, пенообразователь СОФЭКС-ПО-01А, отвердитель ортофосфорную кислоту, гидролизный лигнин (отходы целлюлозного производства), пыль электрофильтров (отходы алюминиевого производства) и воду [Патент RU №2663743 С1 МПК B01J 20/26, B01J 20/24, B01J 20/02, C08J 9/04, опубл. 09.08.2018 г.].
Недостатком этого полимерного сорбента является наличие в композиции отходов алюминиевого производства, содержащих токсичные компоненты.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является композиция для карбамидного пенопласта [Патент RU №2411267 С1 МПК C08L 61/24, C08J 9/06, опубл. 10.02.2011 г. (прототип)], включающая карбамидоформальдегидную смолу, пенообразователь, ортофосфорную кислоту, экстракт коры хвойных пород и золу-унос.
Основные недостатки данной композиции заключаются в узком диапазоне ее функционально-технологических возможностей и использование дорогостоящих компонентов.
Установлено, что в технологическом процессе производства сорбентов независимо от состава композиции в стадии отверждения происходит выделение формальдегида, что неблагоприятно влияет на вводимые в структуру сорбента нефтеокисляющие микроорганизмы.
Поэтому в данном изобретении предлагается устранить указанный недостаток с помощью введения в состав композиции продукта биохимической переработки некондиционной крошки природных углей (уголь БХПО), полученного по [Патент № 1816394 СССР, МПК C10L 1/32, E21B 43/295, C12N 1/20] под воздействием смеси бактерий, состоящей из штаммов Acinetobacter calcoaceticus, Pseudomonas denitrificans, Pseudomonas sp."longa". Уголь БХПО, содержащий в своем составе гуминовые кислоты (до 30 мас.%) способные к взаимодействию с формальдегидом, связывает химически свободный формальдегид, который содержится в исходной карбамидоформальдегидной смоле, и формальдегид, выделяющийся при отверждении композиции. Это позволяет уменьшить содержание вредного вещества с одновременным ростом доли полимерной части биосорбента. За счет введения в полимерную композицию угля БХПО сорбент приобретает светло-коричневый цвет, что способствует большему поглощению сорбентом солнечного света и соответственно более благоприятным условиям жизнедеятельности нефтеокисляющих микроорганизмов, вводимых в структуру сорбента.
Уголь БХПО является высокодисперсным материалом (таблица 1), который удовлетворительно совмещается и распределяется в полимерной матрице.
Таблица 1 - Физико-химические свойства угля БХПО
№
Показатели
Значение
1
Содержание углерода, %
70,9
2
Содержание примесей, %
10,0
3
Плотность, г\см<sup>3</sup>
1,42
4
Удельная адсорбционная поверхность (по азоту) Sa, м<sup>2</sup>/г
14
5
Удельная внешняя поверхность (по ПАВ) Sв, м<sup>2</sup>/г
156
6
Йодное число I, мг/г
168
7
рН водной суспензии
6,8
8
Содержание связанного кислорода, %
8,2
При этом уголь БХПО снижает хрупкость и токсичность вспененного материала, сохраняет открытопористую структуру, обеспечивающую повышенную сорбционную способность сорбента. За счет введения в полимерную композицию угля БХПО сорбент приобретает цвет от светло-коричневого до коричневого, что способствует большему поглощению сорбентом солнечного света и соответственно обеспечивает более благоприятные условия жизнедеятельности нефтеокисляющих микроорганизмов, вводимых в структуру сорбента.
Техническим результатом изобретения является снижение хрупкости и уменьшение токсичности вспененного материала, повышение работоспособности сорбента (в условиях пониженных температур Крайнего Севера), получаемого из заявляемой композиции.
Технический результат достигается тем, что в композиции для полимерного сорбента, содержащей карбамидоформальдегидную смолу, пенообразователь, отвердитель и воду, новым является то, что она дополнительно содержит уголь БХПО при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Карбамидоформальдегидная смола
20-30
Алкилбензолсульфокислота
3-5
Ортофосфорная кислота (73 %-ная)
2-3
Уголь БХПО
10-20
Вода
Остальное
От прототипа заявляемая композиция отличается содержанием продукта биохимической переработки некондиционной крошки природных углей, а также количественным составом, следовательно, соответствует критерию «новизна».
Среди полимерных сорбентов наибольший интерес представляют синтетические материалы, полученные на основе вспененных карбамидоформальдегидных полимеров. Однако они имеют недостатки, такие как повышенная хрупкость и наличие формальдегида, выделяющегося в процессе отверждения вспененного материала. Улучшение технических и экологических параметров полимерного сорбента решается путем включения в состав полимерной композиции различных наполнителей, например, угля БХПО - это высокодисперсный седиментационноустойчивый суспендированный продукт с высоким содержанием гуминовых кислот (до 30 %) от коричневого до темно-бурого цвета. Включение в состав полимерной композиции наполнителя – угля БХПО (продукта биохимической переработки некондиционной крошки природных углей) связывает свободный формальдегид карбамидоформальдегидной смолы и формальдегид, выделяющийся в процессе отверждения вспененного материала. За счет введения в полимерную композицию угля БХПО сорбент приобретает цвет от светло-коричневого до коричневого, что способствует большему поглощению сорбентом солнечного света и соответственно обеспечивает более благоприятные условия жизнедеятельности нефтеокисляющих микроорганизмов, вводимых в структуру сорбента.
Введение в состав композиции угля БХПО (продукта биохимической переработки некондиционной крошки природных углей) в заявленных количествах, не следует явным образом из известного уровня техники и позволяет достичь заявленный технический результат - снизить хрупкость и уменьшить токсичность вспененного материала, повысить работоспособность сорбента (в условиях пониженных температур Крайнего Севера), получаемого из заявляемой композиции, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «изобретательский уровень».
Для достижения технического результата используется карбамидоформальдегидная смола любых марок: КФ-О, КФ-МТ, КФ-Ж, КФ-Б, КФ-БЖ.
В качестве пенообразователя используют алкилбензолсульфокислоту. Применение высокократного поверхностно-активного вещества позволяет получить стабильную вспененную структуру карбамидного материала.
Для отверждения карбамидоформальдегидного полимера используется ортофосфорная кислота способная к быстрому каталитическому действию, которая обеспечивает стабильное вспенивание и не сказывается на коррозии технологической аппаратуры.
Принцип получения полимерных сорбентов на основе заявляемой композиции основан на том, что первоначально получают вспененную массу, содержащую пенообразователь, уголь БХПО, отвердитель и воду, после чего в нее быстро вносится раствор карбамидоформальдегидной смолы.
Пример 1
Одновременно подготавливают два раствора в разных емкостях.
Первый раствор содержит водную эмульсию карбамидоформальдегидной малотоксичной смолы (КФ-МТ-15) с сухим остатком 65 %. Путем механического перемешивания отдельно готовят раствор пенообразователя, в качестве которого использованы: 3 мас.% алкилбензолсульфокислоты, 2 мас.%. ортофосфорной кислоты 73% концентрации (отвердитель), 10 мас.% угля БХПО, вода с температурой 40÷50°С – остальное. Перемешивание ведут до полной гомогенизации и стабильности. Подают сжатый воздух для вспенивания. В образующуюся пену методом вспрыскивания подают раствор водной эмульсии смолы (из расчета 20 мас.% смолы в полимерной композиции), при этом происходит химический процесс поликонденсации - процесс частичного отверждения. Частично отвержденная желеобразная полимерная масса пены подается по пенопроводу и заливается в подготовленные формы, где она окончательно затвердевает.
Пример 2
Получение композиции осуществляют аналогично примеру 1. При этом раствор пенообразователя содержит 4 мас.% алкилбензолсульфокислоты, 2,5 мас.%. ортофосфорной кислоты 73% концентрации (отвердитель), 15 мас.% угля БХПО, вода с температурой 40÷50°С – остальное. Расход смолы ведут из расчета 25 мас.% смолы в полимерной композиции.
Пример 3
Получение композиции осуществляют аналогично примеру 1. При этом раствор пенообразователя содержит 5 мас.% алкилбензолсульфокислоты, 3 мас.%. ортофосфорной кислоты 73% концентрации (отвердитель), 20 мас.% угля БХПО, вода с температурой 40÷50°С - остальное. Расход смолы ведут из расчета 30 мас.% смолы в полимерной композиции.
Рецептура композиции и результаты испытания предлагаемой композиции приведены в табл.2 и 3.
Таблица 2 - Состав полимерной композиции
№
Ингредиенты
Содержание ингредиентов, мас.%
1
2
3
1
Карбамидоформальдегидная смола
20
25
30
2
Алкилбензолсульфокислота
3
4
5
3
Ортофосфорная кислота (73 %-ная)
2
2,5
3
4
Уголь БХПО
10
15
20
5
Вода
Остальное
Остальное
Остальное
Таблица 3 - Свойства сорбента
№
Показатели
Композиция
1
2
3
1
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
17
25
35
2
Разрушающее напряжение при сжатии, МПа
0,55
0,69
0,81
3
Сорбирующая способность, г нефти / г сорбента
19
42
37
4
Содержание свободного формальдегида, мг/м<sup>3</sup>
0,018
0,011
0,008