способ получения гидрофобного адсорбента для очистки природных и сточных вод от нефтепродуктов

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке воды, в частности к обработке адсорбентами вод, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, и может быть использовано при очистке сточных вод тепловых электрических станций (ТЭС), а также при охране окружающей среды для удаления разливов нефти и нефтепродуктов с поверхности воды.

Среди наиболее эффективных способов очистки нефтесодержащих вод, обеспечивающих конечное содержание нефтепродуктов в воде практически на уровне предельно допустимых концентраций (ПДК), важная роль принадлежит адсорбции на микропористых сорбентах. В ряду сорбентов такого типа наиболее перспективными, ввиду их доступности и простоты технологии изготовления, являются природные неорганические материалы, модифицированные кремнийорганическими соединениями (Пимтенко А.Т., Патенко А.А., Таресович Ю.И. и др. Технология получения и применения в водоочистке вспученного перлита. Химия и технология воды. 1981, №3, с.242-247).

Известен способ получения гидрофобного адсорбента, включающий модифицирование вспученного перлита, полиметилгидридсилоксаном с последующей термообработкой (Патент RU №2055637, МПК B01J 20/16, C02F 1/28, дата опубликования 10.03.1996).

Вспученный перлит модифицируют полиметилгидридсилоксаном при объемном соотношении Ж:Т (0,3-0,6):1 до нанесения 30-50% модификатора от массы перлита, и термообработку ведут при 320-380°C в течение 18-30 минут.

Недостатком известных адсорбентов является то, что перлит - это природный минерал, который необходимо добывать, производить его вспучивание на специальном оборудовании, осуществлять транспортировку к месту очистки и его складирование, при этом значительно возрастает стоимость адсорбента, полученного на его основе, и, следовательно, окончательная стоимость очистки нефтесодержащих вод для потребителя нефтяного сорбента.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения гидрофобного адсорбента для очистки природных и сточных вод от нефтепродуктов, включающий модифицирование шлама осветлителей ТЭС с диаметром зерен 0,01-1,4 мм с последующей термообработкой, при этом модифицирование проводят 8%-ным водным раствором полиметилгидридсилоксана при объемном соотношении жидкой и твердой фаз (0,2-0,3):1 соответственно, а термообработку ведут при 400-420°C в течение 8-10 минут (Патент RU №2447935, МПК B01J 20/30, C02F 1/28, дата опубликования 20.04.2012).

Недостатком способа является недостаточно высокая эффективность очистки природных и сточных вод от нефти и нефтепродуктов.

Задачей изобретения является повышение эффективности очистки природных и сточных вод от нефти и нефтепродуктов, расширение номенклатуры нефтяных сорбентов.

Технический результат достигается тем, что в способе получения гидрофобного адсорбента для очистки природных и сточных вод от нефтепродуктов, включающем модифицирование шлама осветлителей ТЭС с диаметром зерен 0,01-1,4 мм с последующей термообработкой, при этом модифицирование проводят при объемном соотношении жидкой и твердой фаз (0,2-0,3):1 соответственно, а термообработку ведут в течение 8-10 минут, согласно предлагаемому изобретению модифицирование проводят 100%-ной кремнийорганической жидкостью «Силор», а термообработку ведут при температуре 140-160°C.

Шлам образуется в осветлителе ТЭС при известковании и коагуляции сырой воды на водоподготовительной установке тепловых электрических станций.

Химический состав шлама:

CaCO₃+MgCO₃+Mg(OH)₂+SiO₂+Fe(OH)₃+Al(OH)₃

Сорбционные свойства шлама осветлителей ТЭС объясняются наличием сильнополярных групп гуминовых веществ природной воды. Анализ образца шлама методом газовой хроматомасс-спектроскопии выявил наличие функциональных групп гуминовых веществ: -OH, -NH, -CH₃, -CH₂, ароматических C=C-связей, C-O-карбоксильных групп и OH-спиртовых групп.

На чертеже представлена зависимость изменения сорбционной емкости адсорбентов, полученных при разных условиях обработки, от времени.

Способ реализуется следующим образом: для придания шламу осветлителей ТЭС водоотталкивающих свойств проводят гидрофобизацию его поверхности. Шлам был модифицирован 100%-ной кремнийорганической жидкостью «Силор» (ТУ 2229-052-05766764-2003). Кремнийорганическую жидкость «Силор» получают химической деструкцией отходов производства: кремнийорганических резиновых смесей, герметиков, компаундов, образующихся в процессе изготовления резинотехнических изделий на основе силиконовых каучуков. Экспериментально были определены массовые концентрации входящих компонентов кремнийорганической жидкости, позволяющие ее использовать в качестве модификатора: кремний - (50-60)%, алюминий - (3-5)%, кислород - (20-25)%, водород - (25-30)%, остальные компоненты активных и неактивных наполнителей - (3-5)%. Кремнийорганическая жидкость «Силор» является устойчивой при кислотности среды (pH) от 4,0 до 10,0 единиц.

Для получения гидрофобного адсорбента шлам осветлителей ТЭС с диаметром зерен 0,01-1,4 мм смешивают с 100%-ной кремнийорганической жидкостью «Силор» при объемном соотношении жидкой и твердой фаз (0,2-0,3):1 соответственно, т.е. на поверхность шлама осветлителей ТЭС наносится модификатор в количестве 20-30% от массы шлама.

Шлам осветлителей ТЭС тщательно перемешивают и подвергают термообработке (термоокислению) в муфельной печи при 140-160°C в течение 8-10 минут, за счет чего происходит испарение летучего растворителя из пор сорбента, разложение органических веществ, частичная карбонизация поверхности. Далее адсорбент извлекают и охлаждают до комнатной температуры. Полученный модифицированный адсорбент готов к употреблению.

Пример конкретного исполнения

Навеску шлама осветлителей ТЭС (50 г) фракции 0,01-1,4 мм (количество шлама фракции 0,01-0,09 мм равна 30%, 0,09-1,4 мм - 60%, остальное количество - 10% - составляет шлам фракции 1,4 мм) обрабатывают 10 мл 100%-ной кремнийорганической жидкости «Силор» (ТУ 2229-052-05766764-2003), при объемном соотношении жидкой и твердой фаз 0,25:1 соответственно, т.е. в количестве 25% от массы шлама. Смесь тщательно перемешивают, помещают в муфельную печь, нагретую до 150°C, и выдерживают при этой температуре в течение 9 минут, затем модифицированный материал выгружают и охлаждают на воздухе.

Полученный гидрофобный адсорбент помещают в емкость с водой, искусственно загрязненной нефтью Шийского месторождения, на 1, 5,10,15, 20, 25, 30, 60, 180 минут. Измеряют сорбционную емкость сорбента (см. чертеж, на котором представлена зависимость изменения сорбционной емкости модифицированного шлама по сравнению с другими вариантами обработки шлама).

Из графика видно, что сорбционная емкость обработанного предлагаемым способом адсорбента выше на 150-155% по сравнению со шламом, не прошедшим термообработку в печи.

Полученный гидрофобный адсорбент в количестве 3 г насыпают в стеклянный стакан, заполненный 500 мл воды, содержащей 3,5 г нефтепродукта. Производят механическое перемешивание до полного поглощения нефтепродукта. Отфильтровывают отработанный сорбент и очищенную воду анализируют на содержание в ней нефтепродуктов. Результаты, представленные в таблице 1, доказывают высокую эффективность очистки воды от нефтепродуктов.

Исходная концентрация нефтепродуктов в воде

C_исх=3500 мг/л

ПДК=0,3 мг/л

Таблица 1 Остаточное содержание нефтепродуктов в воде Пример Объемное соотношение Ж:Т Термообработка Концентрация модификатора, мас.% Концентрация нефтепродуктов в очищенной воде, C_ост, мг/л T, °C τ, мин 1 0,2 150 9 100 0,0008 2 0,25 150 9 100 0,0003 3 0,3 150 9 100 0,0005

Концентрация нефтепродуктов в воде:

очищенной гидрофобным адсорбентом, полученным предлагаемым способом - 0,0003 мг/л,

очищенной гидрофобным адсорбентом, полученным способом-прототипом - 0,0005 мг/л.

Сорбционная емкость (при 180 минутах сорбции):

гидрофобного адсорбента, полученного предлагаемым способом - 1,55 г/г,

гидрофобного адсорбента, полученного по способу-прототипу - 1,05 г/г.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволит повысить эффективность очистки природных и сточных вод от нефти и нефтепродуктов и расширит номенклатуру нефтяных сорбентов.

При этом снижена стоимость гидрофобного адсорбента, так как он получен на основе отходов производства ТЭС (шлам осветлителей ТЭС) и отходов кремнийорганических резиновых смесей и изделий на основе силиконовых каучуков после их химической деструкции (кремнийорганическая жидкость «Силор»).

Организация производства гидрофобного адсорбента согласно предлагаемому способу на тепловых электрических станциях (по месту очистки) позволит снизить стоимость очистки вод ТЭС, загрязненных нефтью и нефтепродуктами.

Изобретение может быть использовано при очистке вод, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, в нефтеперерабатывающей, машиностроительной промышленности, атомной энергетике.

Способ получения гидрофобного адсорбента для очистки природных и сточных вод от нефтепродуктов, включающий модифицирование шлама осветлителей ТЭС с диаметром зерен 0,01-1,4 мм с последующей термообработкой, при этом модифицирование проводят при объемном соотношении жидкой и твердой фаз (0,2-0,3):1 соответственно, а термообработку ведут в течение 8-10 минут, отличающийся тем, что модифицирование проводят 100%-ной кремнийорганической жидкостью «Силор», а термообработку ведут при температуре 140-160°C.