сорбционно-активный материал для очистки воды от нефтепродуктов

Формула изобретения

Сорбционно-активный материал для очистки воды от нефтепродуктов, содержащий природный наполнитель растительного происхождения и полимерное связующее, отличающийся тем, что в качестве полимерного связующего используют сверхвысокомолекулярный полиэтилен с молекулярной массой (1,5 - 4,0) 10⁶ и кажущейся плотностью 360 - 530 кг/м³ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Наполнитель: торф или мох - 80 - 90

Связующее: сверхвысокомолекулярный полиэтилен с молекулярной массой (1,5 - 4,0) 10⁶ - 20 - 10

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сорбционно-активным материалам на основе природного сырья растительного происхождения для очистки природных, промышленных и бытовых сточных вод, содержащих нефтепродукты.

В уровне техники известен способ очистки сточных вод от нефтепродуктов с использованием гранулированного торфа [Белькевич П.И., Чистова Л.Р., Рогач Л. М. и др. Гранулированный торф для очистки сточных вод от нефтепродуктов./ Торфяная промышленность. 1984. N 10. С. 15-17.], а также очистка нефтесодержащих сточных вод на фильтрах с торфяной за грузкой [Белькевич П.И., Чистова Л.Р., Рогач Л.М. и др. Очистка нефтесодержащих сточных вод на фильтрах с торфяной загрузкой./ Торфяная промышленность. 1983. N 4. С. 29-31.]. Недостатками указанных сорбционных материалов, используемых для очистки воды от нефтепродуктов, является плохая проницаемость торфа потоку фильтруемой жидкости, что значительно ухудшает гидравлические характеристики слоя торфа, вынос его волокон при больших скоростях фильтрации, а также выщелачивание в слабокислых и щелочных средах, что приводит к дополнительному загрязнению потока жидкости. Использование гранулированного торфа не дает положительного результата, так как при эксплуатации в водной среде гранулы торфа теряют механическую прочность из-за высокой набухаемости.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является фильтрующий материал для очистки промышленных и бытовых сточных вод, имеющий в своем составе 22-24% торфа и 76-78% поливинилформаля (ПВФ) [а.с. N 1766461 СССР. Фильтрующий материал для очистки промышленных и бытовых сточных вод./ Бюл. N 37, 07.10.92.]. Недостатком этого материала является то, что этот материал невозможно использовать для сорбции из воды нефтепродуктов при их низких концентрациях (менее 2 г/л). Кроме того, высокое содержание ПВФ приводит к удорожанию материала, а также негативно отражается на сорбции нефтепродуктов из водной среды, поскольку ПВФ является гидрофильным веществом.

Техническим результатом заявляемого изобретения является сохранение степени извлечения нефтепродуктов из воды при их пониженных концентрациях в воде.

Технический результат достигается тем, что сорбционно-активный материал для очистки воды от нефтепродуктов содержит природный наполнитель - торф или мох, а в качестве полимерного связующего - сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) с молекулярной массой (ММ) (1,5-4,0)10⁶ и с кажущейся плотностью 360-530 кг/м³ при следующем соотношении компонентов, мас.%: торф или мох 80-90; сверхвысокомолекулярный полиэтилен 20-10.

Существенным отличием заявляемого изобретения является использование в качестве связующего сверхвысокомолекулярного полиэтилена с ММ (1,5-4,0)10⁶ и с кажущейся плотностью 360-530 кг/м³ при соотношении указанного связующего и торфа или мха 20-10 мас.% и 80-90 мас.% соответственно.

При очистке от нефтепродуктов водоемов, находящихся в черте населенных пунктов, одной из главных проблем является удаление с поверхности воды тонкой маслянистой пленки. Экспериментальные данные, представленные в таблице, подтверждают, что сорбционно-активный материал, полученный с использованием в качестве связующего для торфа или мха СВМПЭ с плотностью 360-530 кг/м³ позволяет сорбировать нефтепродукты с поверхности воды при их концентрациях менее 2 г/л, сохраняя при этом степень извлечения нефтепродуктов из воды на уровне 99,0-99,5%.

Пример 1.

Получение сорбционно-активного материала для очистки воды от нефтепродуктов осуществляется следующим образом. В обогреваемом аппарате с трехлопастной мешалкой [Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред: Справочное пособие. Л.: Химия, 1972. - 464 с.] готовится раствор СВМПЭ концентрацией 1 мас.%. В качестве растворителя используют парафин (ТУ 6-09-3637-87). При 140^oC и непрерывном перемешивании (150 об/мин) в растворитель загружается 0,2 кг СВМПЭ (ТУ 6-05-1896-80) с ММ 1,510⁶ и происходит процесс суспендирования в течение 1 мин. Растворение осуществляется при увеличении температуры до 150^oC за время 9 мин при постоянном перемешивании. Наполнитель - торф - прогревается при 130^oC в течение 60 мин. Прогретый наполнитель (торф) загружается в раствор полимера при температуре 140^oC в количестве 0,8 кг. Производится перемешивание композиции при 25-30 об/мин в течение 5 мин. Полученная композиция помещается в форму и охлаждается при комнатной температуре. Охлажденный композит для удаления из него парафина экстрагируется углеводородом C₆-C₁₀ при температуре кипения углеводорода. Затем проводится сушка материала при 70^oC в течение 30 мин. Готовый сорбционно-активный материл представляет собой композит при содержании наполнителя (торфа) 80 мас.% и содержании связующего (СВМПЭ с ММ 1,510⁶ и кажущейся плотностью 523 кг/м³) 20 мас.%.

Очистка воды от нефтепродуктов сорбционно-активным материалом осуществляется следующим образом. Сорбционно-активный материал помещается на поверхность природного водоема (река Екатерингофка, г. Санкт-Петербург) в количестве 1 кг, например, в виде гранул кубической формы с размером ребер 20 мм. Сорбция нефтепродуктов (масляной пленки) проходила в течение 72 часов. Исходная концентрация нефтепродуктов составляла 1,1 г/л, конечная концентрация - 0,011 г/л. Степень извлечения нефтепродуктов составила 99,0%. После сорбции сорбент собирают и утилизируют путем сжигания. Зольность сорбента составляет 1,5-2,5%.

Пример 28.

Получение сорбционно-активного материала для очистки воды от нефтепродуктов осуществляется следующим образом. В обогреваемом аппарате с трехлопастной мешалкой [Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред: Справочное пособие. Л.: Химия, 1972. - 464 с.] готовится раствор СВМПЭ концентрацией 1 мас.%. В качестве растворителя используют парафин (ТУ 6-09-3637-87). При 140^oC и непрерывном перемешивании (150 об/мин) в растворитель загружается 0,2 кг СВМПЭ (ТУ 6-05-1896-80) с ММ 1,510³ и происходит процесс суспендирования в течение 1 мин. Растворение осуществляется при увеличении температуры до 150^oC за время 9 мин при постоянном перемешивании. Наполнитель - мох сфагнум - прогревается при 130^oC в течение 60 мин. Прогретый наполнитель (мох сфагнум) загружается в раствор полимера при температуре 140^oC в количестве 0,8 кг. Производится перемешивание композиции при 25-30 об/мин в течение 5 мин. Полученная композиция помещается в форму и охлаждается при комнатной температуре. Охлажденный композит для удаления из него парафина экстрагируется углеводородом C₆-C₁₀ при температуре кипения углеводорода. Затем проводится сушка материала при 70^oC в течение 30 мин. Готовый сорбционно-активный материл представляет собой композит при содержании наполнителя (мха сфагнум) 80 мас.% и содержании связующего (СВМПЭ с ММ 1,510⁶ и кажущейся плотностью 523 кг/м³) 20 мас.%.

Очистка воды от нефтепродуктов сорбционно-активным материалом осуществляется следующим образом. Сорбционно-активный материал помещается на поверхность природного водоема (река Екатерингофка, г. Санкт-Петербург) в количестве 1 кг, например, в виде гранул кубической формы с размером ребер 20 мм. Сорбция нефтепродуктов (масляной пленки) проходила в течение 72 часов. Исходная концентрация нефтепродуктов составляла 0,9 г/л, конечная концентрация - 0,009 г/л. Степень извлечения нефтепродуктов составила 99,0%. После сорбции сорбент собирают и утилизируют путем сжигания. Зольность сорбента составляет 1,2-2,0%.

Примеры, подтверждающие использование заявляемого сорбционно-активного материала, представлены в таблице. Запредельные значения содержания наполнителя и связующего дают отрицательный результат: при содержании связующего выше 20 мас.% и наполнителя ниже 80 мас.% снижаются сорбционные свойства материала, а при содержании связующего ниже 10 мас.% и наполнителя выше 90 мас.% происходит нарушение целостности материала. Применение СВМПЭ с ММ ниже 1,510⁶ приводит к нарушению целостности материала, а СВМПЭ с ММ выше 4,010⁶ не позволяет получить материал однородной структуры, так как затрудняется перемешивание. При кажущейся плотности СВМПЭ менее 360 кг/м³ происходит нарушение целостности материала, а при кажущейся плотности СВМПЭ более 530 кг/м³ снижаются сорбционные свойства материала.

Концентрация нефтепродуктов в воде определялась по методике [Пономарев В. Г. , Санеев И.К., Матвеев А.Г. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов. Нефтяная промышленность, 1986.-249 с.].