Способ очистки воды от углеводородов, сорбент для очистки воды от углеводородов и способ его получения

 

Изобретение относится к очистке воды сорбентами. Для очистки воды от углеводородов, например разлитой на поверхности и/или эмульгированной в воде нефти, и/или нефтепродуктов на поверхность, и/или в объем воды вводят сорбент, выполненный в виде гранул, например шариков диаметром от 3 5 до 10 12 мм, перемешивают очищаемую воду, сорбент и углеводород принудительно или за счет естественного волнения поверхности водоема до насыщения сорбента углеводородами. Плавающие на поверхности насыщенные углеводородами гранулы сорбента могут быть удалены механически. Указанный сорбент получают смешиванием растворов силиката натрия и соляной кислоты с образованием золя поликремневых кислот, формованием гранул застудневшего гидрогеля, водной промывкой гранул, их гидрофобизацией, бутанольным раствором триметилхлорсилана, второй водной промывкой и сушкой гранул сорбента. 3 с.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к очистке воды от разлитых на ее поверхности или диспергированных в объеме углеводородов, например нефти и нефтепродуктов путем адсорбции, сорбенту для осуществления указанного способа и способу его получения.

В целом ряде областей народного хозяйства приходится решать задачи разделения воды и нефти. Нефтяные пленки, образовавшиеся за счет разлива нефти и нефтепродуктов на поверхность водоемов, углеводородные жидкости и эмульсии, используемые при резании металлов, промывочные жидкости, образовавшиеся при удалении углеводородных загрязнений с поверхности земли, стенок резервуаров и емкостей все это представляет собой лишь неполный перечень технических объектов, генерирующих подлежащие разделению и очистке жидкости, содержащие углеводороды и воду.

Известен способ очистки воды от углеводородов, приемлемый для всего обозначенного круга объектов, включающий введение на поверхность и/или в объем воды сорбента на основе гидрофобного и олеофильного диоксида кремния с развитой удельной поверхностью, перемешивание воды, углеводородов и сорбента до насыщения плавающих на поверхности воды частиц сорбента [1] В качестве сорбента используют пирогенный диоксид кремния ("аэросил"), предварительно гидрофобизированный обработкой 2, 4, 6, 8-октаметилциклотетрасилоксаном и при необходимости дополнительной обработкой гексаметилдисилазаном.

Более подробно известная технология заключается в следующем.

В первом варианте сорбент рассыпают (или распыляют) на поверхность воды с углеводородным загрязнением, затем смесь воды, углеводородов и сорбента перемешивают для интенсификации процесса сорбции (под этим термином подразумевают как молекулярную адсорбцию, так и адгезию углеводорода к поверхности сорбента). Если сорбент используют для удаления с поверхности водоемов, перемешивание осуществляют за счет естественного волнения моря, озера, реки.

В емкостях со стоячей водой (резервуары, баки и т.п.) возможно вести любое механическое перемешивание, например сжатым воздухом.

Во втором варианте сорбент посредством насоса или сжатого воздуха подают под поверхность воды, загрязненной углеводородами. Вследствие гидрофобности и малой плотности сорбент всплывает на поверхность; дальнейшая технология, описанная выше, не изменяется.

В обоих вариантах после насыщения сорбента углеводородами он может быть механически удален с поверхности, например собран сетями или насосами, отделен от воды на сите и затем загружен в емкости и направлен на узел рекуперации углеводородов или сожжен вместе с ними [1] Этот способ имеет следующие недостатки.

Пирогенный диоксид кремния представляет собой мелкодисперсный порошок с частицами субмикронного размера, вследствие чего при его распылении на поверхность воды неизбежны потери, как и при введении его под поверхность воды.

Предлагаемый способ очистки воды от углеводородов путем сорбции включает введение на поверхность и/или в объем очищаемой воды сорбента на основе гидрофобного и олеофильного диоксида кремния с развитой удельной поверхностью, перемешивание очищаемой воды, углеводородов и сорбента до насыщения плавающих частиц сорбента углеводородами. Особенностью предлагаемого способа является использование в качестве сорбента гранул силикагеля, полученных смешиванием растворов силиката натрия и соляной кислоты с образованием золя поликремневых кислот, формованием гранул застудневшего гидрогеля, водной промывкой гранул, гидрофобизацией гранул, обработкой бутанольным раствором триметилхлорсилана, второй водной промывкой и сушкой гранул сорбента.

Использование вместо порошка пирогенного аэросила гранул осажденного геля, выполненных, как правило, в форме шариков диаметром от 3-5 до 10-12 мм, значительно более удобно и экономично: гранулы не пылят, потери их за счет уноса ветром и/или водными течениями значительно меньше.

Известен сорбент для очистки воды от углеводородов, представляющий собой гидрофобный и олеофильный диоксид кремния с развитой удельной поверхностью [1] Данный сорбент представляет собой пирогенный диоксид кремния ("аэросил"), гидрофобизированный обработкой 2, 4, 6, 8-октаметилциклотетрасилоксаном и при необходимости дополнительной обработкой гексаметилдисилазаном. Известный сорбент способен эффективно поглощать значительные количества углеводородов (до 6 г на 1 г сорбента), кроме того, насыщенный углеводородами сорбент слипается в глобулы размером от 0,5-2 до 4-6 cм, которые могут быть легко удалены с поверхности воды.

Основным недостатком этого сорбента является его гранулометрический состав: пирогенный диоксид кремния ("аэросил", "белая сажа") представляет собой чрезвычайно тонкодисперсный пылящий на воздухе порошок, что затрудняет работу с ним и неоправданно увеличивает его потери при использовании по описанной выше технологии.

Предлагаемый сорбент для очистки воды от углеводородов представляет собой гидрофобный и олеофильный диоксид кремния с развитой удельной поверхностью. Сорбент выполнен в форме гранул, полученных смешиванием растворов силиката натрия и соляной кислоты с образованием золя поликремневых кислот, формованием гранул застудневшего гидрогеля, водной промывкой гранул, их гидрофобизацией бутанольным раствором триметилхлорсилана, второй водной промывкой и сушкой гранул сорбента.

Выполнение сорбента в виде гранул, обычно в форме шариков диаметром от 3-5 до 10-12 мм, сохраняет все достоинства известного сорбента, как в части его емкости по сорбции углеводородов, так и по простоте удаления насыщенного сорбента с поверхности воды, кроме того, гранулы не пылят, меньше подвержены уносу ветром и водными течениями.

Известно выполнение сорбента для очистки поверхности водоемов от углеводородов в виде гранул из гидрофобизированного вспученного перлита [2] При этом гидрофобизацию перлита проводили растворами этилсиликоната и метилсиликоната натрия с водной эмульсией полиэтилгидросилоксана. Однако сорбенты на основе модифицированного вспученного перлита имеют низкую удельную поверхность, ограниченный сорбционный объем, а главное, значительное водопоглощение, составляющее за 24 ч 10-20 мас. что вызывает необходимость ускоренного режима сбора сорбента с нефтью, в противном случае происходит затопление насыщенных гранул перлита.

Предлагаемый способ получения сорбента для очистки воды от углеводородов включает гидрофобизацию обработкой кремнийорганическим соединением. Способ заключается в следующем: смешивают растворы силиката натрия и соляной кислоты с образованием золя поликремневых кислот, формуют гранулы застудневшего гидрогеля, промывают водой, гидрофобизируют промытые гранулы обработкой бутанольным раствором триметилхлорсилана, осуществляют вторую водную промывку и сушат гранулы сорбента.

В отличие от прототипа [1] в соответствии с которым гидрофобизации подвергают пирогенный кремнезем, т.е. сухой материал, согласно изобретению гидрофобизации подвергают гранулы свежеосажденного влажного гидрогеля и ведут гидрофобизацию бутанольным раствором триметилхлорсилана.

Известно использование триметилхлорсилана в качестве гидрофобизирующего агента [3] однако этот прием используют либо по отношению к пирогенному кремнезему, либо к осажденным, но предварительно высушенным гранулам силикагеля.

Известно получение органозоля (коллоидного раствора оксида кремния в несмешивающемся с водой органическом растворителе) технология, включающая обработку свежеосажденного золя диоксида кремния спиртовым, в том числе бутанольным, раствором триметилхлорсилана с последующим диспергированием частиц золя в указанном несмешивающемся с водой органическом растворителе с получением органозоля [4] Однако к технике получения сорбентов для очистки воды это не имеет отношения.

Анализ уровня техники показывает неизвестность указанной технологии приготовления сорбента, ключевым моментом которой является гидрофобизация свежеосажденных, влажных частиц гидрогеля, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый сорбент подвергается модифицированию на стадии влажного гидрогеля, т.е. на стадии, когда структура гидрогеля имеет минимальное количество силоксановых связей между первичными частицами SiO₂ и максимальное количество водородных связей между ними, что обеспечивает "раскрытость" или лабильность структуры кремнеземного сорбента. Это позволяет сохранить в структуре сорбента максимальное количество активных центров, которые подвергаются модифицированию органическими веществами.

Сохранение нежесткости структуры кремнегеля после его модифицирования позволяет достичь улучшенных сорбционных свойств за счет получения большой удельной поверхности и сорбционного объема, низкого насыпного веса, полного отсутствия водопоглощения (абсолютная несмачиваемость водой) в течение суток.

П р и м е р 1. Раствор силиката натрия 1,25 N интенсивно перемешивается с раствором соляной кислоты 1,0 N с образованием золя поликремневых кислот с показателем рН 8,2. Содержание SiO₂ в золе 38 г/л. Полученный после застудневания гидрогель отмывается водой в течение 48 ч.

Отмытый гидрогель заливается раствором модификатора, состоящим из смеси 70 мас. бутилового спирта и 30 мас. триметилхлорсилана. Расход смеси- 1,5 кг на 1 кг гидрогеля. Через 48 ч обработки гидрогеля модифицирующей смесью жидкая фаза декантируется, а полученный органогель промывается водой, сушится в вакуум-сушильном шкафу при 140^оС и остаточном давлении 50 Торр.

Указанным способом, изменяя только условия предварительной температурной обработки гидрогелей перед модифицированием, были приготовлены образцы сорбентов, представленные в табл.1.

В табл.2 представлены основные физико-химические свойства образцов сорбентов, синтезированных по предлагаемому способу получения и прототипу. Все образцы представляют собой шарики диаметром 4-8 мм, цвет белый.

П р и м е р 2. В 10-литровый цилиндрический сосуд диаметром 150 мм наливают 5 л водопроводной воды. К воде при комнатной температуре добавляют 50 г нефти или нефтепродуктов и подвергают смесь барботажному перемешиванию воздухом, подаваемым через маточник, установленный у дна сосуда. Через 0,5 ч к полученной смеси добавляют порцию сорбента (1 г) и содержимое перемешивают 2,5 ч, как было указано выше. Сорбент, насыщенный углеводородом, удаляют с поверхности. Затем добавляют еще 7 г сорбента и повторяют опыт в течение 24 ч. Проводят визуальную оценку поверхности воды. Удовлетворительным считают отсутствие на поверхности воды видимых масляных пленок. Анализируют также количество углеводорода, поглощенного первой порцией сорбента "маслоемкость" сорбента. Результаты испытаний приведены в табл.3.

Анализ таблиц показывает, что только в соответствии с изобретением при получении образца (I) и использовании его для очистки нефти удается достичь эффективной очистки воды от углеводородов, что является следствием физико-химических и сорбционных характеристик предлагаемого сорбента.

Приведенные примеры иллюстрируют предлагаемое изобретение, но не ограничивают его объем, определяемый формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Способ очистки воды от углеводородов путем сорбции, включающий введение на поверхность и/или в объем очищаемой воды сорбента на основе гидрофобного и олеофильного диоксида кремния с развитой удельной поверхностью, перемешивание очищаемой воды, углеводородов и сорбента до насыщения плавающих на поверхности воды частиц сорбента углеводородами, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют гранулы органосиликагеля, полученные смешиванием растворов силиката натрия и соляной кислоты с образованием золя поликремниевых кислот, формованием гранул застудневшего гидрогеля, водной промывкой гранул, гидрофобизацией гранул, обработкой бутанольным раствором триметилхлорсилана, второй водной промывкой и сушкой гранул сорбента.

2. Сорбент для очистки воды от углеводородов, представляющий собой гидрофобный и олеофильный диоксид кремния с развитой удельной поверхностью, отличающийся тем, что он выполнен в форме гранул, полученных смешиванием растворов силиката натрия и соляной кислоты с образованием золя поликремниевых кислот, формованием гранул застудневшего гидрогеля, водной промывкой гранул, их гидрофобизацией бутанольным раствором триметилхлорсилана, второй водной промывкой и сушкой гранул сорбента.

3. Способ получения сорбента для очистки воды от углеводородов, включающий гидрофобизацию материала на основе диоксида кремния кремнийорганическим соединением, отличающийся тем, что гидрофобизации подвергают влажные гранулы гидрогеля, полученные смешением растворов силиката натрия и соляной кислоты до образования золя поликремниевых кислот, формованием гранул, застудневшего гидрогеля и их водной промывкой, а гидрофобизацию ведут бутанольным раствором триметилхлорсилана с последующей промывкой и сушкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2