Сорбирующий материал, способ его изготовления и использования

 

Изобретение относится к области очистки воды от нефти и нефтепродуктов, а также области разделения прямых устойчивых слабоконцентрированных водомасляных эмульсий. Предложен сорбирующий материал, содержащий слой в виде объемно гофрированного нетканого полотна из полимерных волокон с гидрофобной поверхностью, и слой из гидрофильного супертонкого волокна, имеющего диэлектрическую проницаемость, превышающую не менее чем на 1,45 единиц слой из полимерных волокон с гидрофобной поверхностью. Предложен способ получения материала, заключающийся в формировании слоя субстрата из гидрофобных полимерных волокон, его термомеханическом уплотнении, формировании из него объемно гофрированного полотна с последующей термофиксацией, формировании слоя из гидрофильного супертонкого волокна, наложении упомянутых слоев друг на друга и их скреплении и выдержки в растворе электролита. Полученный материал используют для разделения эмульсий путем фильтрования через сорбирующий материал, вначале через гидрофобный слой, а затем через гидрофильный слой, с формированием на поверхности раздела слоев двойного электрического слоя. Изобретение позволяет повысить эффективность процессов очистки и разделения. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области очистки воды от эмульгированных частиц нефти и нефтепродуктов, а также к области разделения устойчивых водомасляных эмульсий с помощью коалесцирующих фильтрующих материалов и к способам изготовления таких материалов.

Известен сорбирующий материал для удаления из воды нефтяных загрязнений, включающий наружные слои из полипропиленовых волокон и промежуточный слой из полипропиленовых или полиэфирных волокон, скрепленных иглопрокалыванием, причем плотность наружных слоев выше плотности промежуточного слоя (RU 2139959, 20.10.1999).

Известен фильтрующе-сорбирующий материал для очистки от нефтепродуктов и для очистки самих нефтепродуктов, т.е. для разделения эмульсий, изготовленные из неорганических и/или органических волокон в виде однослойных или многослойных элементов (В.П.Коваленко, В.Е.Турчанинов “Очистка нефтепродуктов от загрязнений”. - М.: Недра, 1990, с.105, с.125).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является сорбирующий материал для удаления нефти и нефтепродуктов, а также для разделения эмульсий, выполненный в виде нетканого полотна из гидрофобных и/или гидрофобизированных полимерных волокон, скрепленных между собой, имеющий объемную плотность 0,01-0,06 г/см3 и имеющий гофрированную структуру, а также способ его изготовления, заключающийся в формировании холста из полимерного волокнистого субстрата, его уплотнении и гофрировании (RU 2166362, 10.05.2001).

Недостатком известного материала является невысокая степень очистки воды от мелкодисперсных частиц нефтепродуктов при его использовании для разделения суперустойчивых водомасляных эмульсий.

Известен способ разделения устойчивых водомасляных эмульсий, заключающийся в фильтровании через различные пакеты материалов, содержащие материалы как с гидрофобными, так и с гидрофильными свойствами (Коваленко В.П. “Очистка нефтепродуктов загрязнений”. - М.: Недра, 1990).

Наиболее близким является способ разделения водомасляных эмульсий путем фильтрования через сорбирующий материал, причем вначале избирательную фильтрацию реализуют на пористо-ячеистом металле или сплаве с гидрофобными свойствами, а затем продолжают фильтрацию с достижением коалесценции мелкодисперсных капель - на гидрофильном материале, в качестве которого используют пористо-ячеистый металл с модифицированными свойствами, или объемные сетки из целлулоида, или кассеты со стеклянными шариками (RU 2120323, 20.10.1998 г.).

Недостатком известного способа является его невысокая эффективность при разделении суперустойчивых эмульсий.

Задачей настоящего изобретения является разработка композиционного фильтрующего материала, обладающего сорбирующими и коалесцирующими свойствами, а также высокой емкостью по углеводородам, позволяющего эффективно доочищать воду от эмульгированных нефтепродуктов до уровня ПДК, не требующего трудоемкой и энергоемкой регенерации.

Кроме того, задачей изобретения является разработка способа получения высокоэффективного композиционного фильтрующего материала и разделения устойчивых водомасляных эмульсий с помощью патентуемого материала.

Поставленная задача решается описываемым сорбирующим материалом для удаления нефти и нефтепрдуктов из водных растворов и разделения устойчивых водомасляных эмульсий, содержащий слой в виде объемно-гофрированного нетканого полотна из полимерных волокон с гидрофобной поверхностью и гидрофильного супертонкого волокна, имеющего диэлектрическую проницаемость, не менее чем на 1,45 единиц превышающую диэлектрическую проницаемость слоя из полимерных волокон с гидрофобной поверхностью. В качестве гидрофильного супертонкого волокна предпочтительно использовать стеклянные, базальтовые или металлические волокна диаметром 1-15 мкм или их сочетание.

Массовое соотношение слоя из полимерных волокон с гидрофобной поверхностью к слою из гидрофильного супертонкого волокна составляет (2-10):1.

Поставленная задача также решается описываемым способом изготовления сорбирующего материала для удаления нефти и нефтепродуктов из водных растворов и разделения устойчивых водомасляных эмульсий, который охарактеризован выше.

Способ включает формирование слоя из субстрата гидрофобных полимерных волокон, его термомеханическое уплотнение, формирование из него объемно гофрированного полотна с термофиксацией при температуре 90-120°С, формирование слоя из гидрофильного супертонкого волокна, наложение упомянутых слоев друг на друга, их скрепление и выдерживание в растворе электролита в течение 1-2 часов.

Поставленная задача решается также описываемым способом разделения устойчивых водомасляных эмульсий, включающим фильтрование эмульсии через сорбирующий материал, охарактеризованный выше и содержащий слои материалов с гидрофобной и гидрофильной поверхностями, при этом фильтрование осуществляют вначале через гидрофобный слой с меньшей диэлектрической проницаемостью, а затем через гидрофильный слой с большей диэлектрической проницаемостью, с формированием на поверхности раздела упомянутых слоев двойного электрического слоя, нейтрализующего двойной электрический слой на поверхности эмульгированных частиц.

Наибольшую эффективность с точки зрения коалесцирующих свойств показали такие комбинации материалов, как супертонкое базальтовые волокно толщиной 1-4 мкм в сочетании с полипропиленовыми и полиэфирными волокнами, а также послойная композиция из супертонкого базальтового волокна и стеклянного волокна толщиной 10-15 мкм также в сочетании с полипропиленовыми и полиэфирньми волокнами.

Базальт на 50% состоит из SiO 2, обладает высокими электроизоляционными свойствами. Значение диэлектрической проницаемости:

Базальт 3,75

Стекло 5-16 (в зависимости от типа)

Полипропилен 2,3

При контакте с водой поверхность раскола окислов гидратируется, разорванные химические связи насыщаются за счет ОН-групп. При соприкосновении дегидратированной поверхности SiO2 с водой помимо обратимой адсорбции протекает медленная гидратация поверхности, приводящая к восстановлению гидратного покрова, участвующего в формировании двойного электрического слоя.

На чертеже представлена схема двойного электрического слоя в процессе разделения эмульсии, где 1 - двойной электрический слой, сформированный на поверхности раздела двух материалов с различной диэлектрической проницаемостью, 2 - скоалесцированные частицы эмульгированной нефти, 3 - эмульгированная частица нефти, покрытая двойным электрическим слоем.

Технический результат, заключающийся в высокой эффективности заявленного материала, по мнению заявителя можно объяснить следующим образом.

При тесном соприкосновении двух тел с различными электрохимическими характеристиками, погруженных в водную среду, в результате адсорбции дипольных молекул воды, которые определенньм образом ориентируются на поверхности раздела двух материалов, возникает соответствующий скачок потенциала. При этом часть электронов переходит с одного тела на другое и на поверхности одного оказывается положительный заряд (недостаток электронов), а на поверхности другого тела - отрицательный заряд (избыток электронов), т.е. образуется двойной электрический слой (ДЭС) (см. чертеж).

Устойчивость нефтяных эмульсий также зависит от наличия на поверхности эмульгированных частиц двойного электрического слоя, при этом частицы, имеющие на своей поверхности одинаковые заряды, будут взаимно отталкиваться, обуславливая стойкость эмульсии. Для проведения высокоэффективного процесса очистки слабоконцентрированных нефтесодержащих вод от нефти необходимо освободить нефтяную частицу от ДЭС.

В процессе прохождения заряженных частиц последовательно через волокнистый гидрофобный полимерный слой с меньшей диэлектрической проницаемостью, а затем через волокнистый гидрофильный слой с большей диэлектрической проницаемостью происходит перетекание ДЭС нефтяных частиц в ДЭС, образованный на поверхности контакта двух волокнистых материалов. Освобожденные от “бронирующей оболочки” нефтяные частицы коалесцируются, увеличивая массу, и под действием сил гравитации поднимаются по гофрам и собираются в верхней части фильтра, где предусмотрен карман для сбора нефтепродукта.

В заявленном изобретении происходит формирование двойного электрического слоя на границе раздела двух волокнистых материалов с различной диэлектрической проницаемостью. Такое расположение ионов так же, как и в ионной атмосфере, получается под влиянием двух противоположных факторов: электростатических сил, которые стремятся притянуть ионы плотно к поверхности электрода, и теплового движения, которое стремится расположить ионы хаотически в растворе - в объемной структуре гофрированного материала.

Сформировавшийся двойной электрический слой повышает скорость коалесценции дисперсной фазы эмульсии. Водная фаза фильтруется через слой гидрофильного волокна и выводится из фильтра.

Далее приведен пример изготовления одного из возможных вариантов заявленного материала.

Пример 1

Готовят субстрат из полимерных волокон на основе полипропилена (ПП - 2,2 текс 50%, ПЭ - 1,7 текс 30% ТПВ - 0,48 текс 20%), раскладывают и термомеханически уплотняют путем прокатывания или иглопрокалывания. Полученный волокнистый слой гофрируют с термофиксацией при 90°С в течение 20 минут, устанавливая толщину слоя полотна, равную 1,0 - 3,0 см, при этом поверхностная плотность полотна составляет 450-550 г/м2. Формируют слой с поверхностной плотностью 450-550 г/м2 из гидрофильного базальтового волокна с диаметром волокон 1-4 мкм. Оба слоя накладывают друг на друга и скрепляют между собой иглопрокалыванием или прокатыванием. Полученный материал погружают в раствор электролита и выдерживают в нем 2 часа.

Сорбирующий материал был использован в качестве фильтрующей коалесцирующей загрузки для выделения из воды эмульгированных нефтепродуктов.

Для этого сорбирующий материал был помещен в фильтр патронного типа со сменньм фильтрующим элементом, представляющим собой перфорированную трубу, установленную по оси корпуса фильтра. Вокруг перфорированной трубы размещен сорбирующий материал таким образом, что наружная стенка трубы контактирует с гидрофобным слоем волокнистого материала с гофрированной объемной структурой, причем ребра гофр расположены вертикально вдоль центральной трубы.

В центральную трубу подается искусственно приготовленная водомасляная эмульсия, которая через перфорации проходит в слой гидрофобного полимерного волокна. Внешняя поверхность полимерного слоя сорбента контактирует с супертонким гидрофильным волокнистым базальтовым материалом, т.е. с волокном с полярной положительно заряженной поверхностью.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Пример 2

Готовят субстрат из полимерных волокон на основе полипропилена (ПП - 2,2 текс 50%, ПЭ - 1,7 текс 30% ТПВ - 0,48 текс 20%), раскладывают и термомеханически уплотняют путем прокатывания или иглопрокалывания. Полученный волокнистый слой гофрируют при термофиксации 120°С в течение 2-3 минут, устанавливая толщину слоя полотна, равную 1,0-3,0 см, при этом поверхностная плотность полотна составляет 450-550 г/м2 . Формируют слой с поверхностной плотностью 450-550 г/м2 из гидрофильного базальтового волокна с диаметром волокон 1-4 мкм и стекловолокно с диаметром волокон 12-15 мкм. Слои накладывают друг на друга в следующей последовательности: гидрофобный полимерный волокнистый материал, базальтовое волокно, стекловолокно. Все слои скрепляют между собой иглопрокалыванием или прокатыванием. Полученный материал погружают в раствор электролита и выдерживают в нем 2 часа.

Материал был испытан в лабораторных условиях также в процессе разделения суперустойчивой водомасляной эмульсии при очистке от нефтепродуктов талой воды с автодорожного полотна в области Садового кольца г.Москвы. При изготовлении материала использовалась послойная композиция из супертонкого базальтового волокна и стеклянного волокна толщиной 10-15 мкм также в сочетании с полипропиленовыми и полиэфирными волокнами, результаты оказались аналогичными примеру 1.

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Таким образом, достигнута высокая эффективность разделения эмульсии, так как в процессе ее фильтрации сформирован ДЭС, что обеспечило:

- переход ДЭС с частиц нефтепродукта в ДЭС на границе раздела слоев материала;

- коалесценцию частиц;

- выведение скоалесцированного нефтепродукта с фильтрующей поверхности под действием сил гравитации по полым каналам гофр полимерного нетканого материала;

- отделение накопившейся пленки нефтепродукта и вывод очищенной водной фазы;

- дополнительную очистку водной фазы в слое гидрофильного материала.

Формула изобретения

1. Сорбирующий материал для удаления нефти и нефтепродуктов из водных растворов и разделения устойчивых водомасляных эмульсий, содержащий слой в виде объемно гофрированного нетканого полотна из полимерных волокон с гидрофобной поверхностью, отличающийся тем, что он дополнительно содержит слой из гидрофильного супертонкого волокна, имеющего диэлектрическую проницаемость не менее чем на 1,45 единиц превышающую диэлектрическую проницаемость слоя из полимерных волокон с гидрофобной поверхностью.

2. Сорбирующий материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве гидрофильного супертонкого волокна он содержит стеклянные, базальтовые или металлические волокна диаметром 1-15 мкм или их сочетание.

3. Сорбирующий материал по пп.1 и 2, отличающийся тем, что массовое соотношение слоя из полимерных волокон с гидрофобной поверхностью к слою из гидрофильного супертонкого волокна составляет (2-10):1.

4. Способ изготовления сорбирующего материала, охарактеризованного в пп.1-3, заключающийся в формировании слоя субстрата в виде гидрофобных полимерных волокон, его термомеханическое уплотнение, формирование из него объемно гофрированного полотна с термофиксацией при температуре 90-120°С, формировании слоя из гидрофильного супертонкого волокна, наложение упомянутых слоев друг на друга, их скрепление и выдерживание в растворе электролита в течение 1-2 ч.

5. Способ разделения устойчивых водомасляных эмульсий, включающий фильтрование эмульсии через сорбирующий материал, содержащий слои материалов с гидрофобной и гидрофильной поверхностями, отличающийся тем, что фильтрование осуществляют через материал, охарактеризованный в пп.1-3, вначале через гидрофобный слой с меньшей диэлектрической проницаемостью, а затем через гидрофильный слой с большей диэлектрической проницаемостью, с формированием на поверхности раздела упомянутых слоев двойного электрического слоя, нейтрализующего двойной электрический слой на поверхности эмульгированных частиц.

РИСУНКИ

MF4A - Аннулирование патента Российской Федерации на изобретение в связи с признанием его недействительным частично

Основание для аннулирования:Патент Российской Федерации 2240865 на изобретение «Сорбирующий материал, способ его изготовления и использования» признан недействительным в части указания в нем в качестве патентообладателя ЗАО «Технологические решения Э.М.». Патентообладателями изобретения признаны Дегтярев Владимир Александрович и Лакина Татьяна Алексеевна. Основание: Решение Тушинского районного суда г. Москвы от 03 июля 2008 года по делу 2-1937/08, которым суд решил патент 2240854 на изобретение «Устройство для разделения водомасляных эмульсий и фильтрующий материал» и патент 2240865 на изобретение «Сорбирующий материал, способ его изготовления и использования» признать недействительными в части указания в них в качестве патентообладателя ЗАО «Технологические решения Э.М.», аннулировать указанные патенты и выдать новые патенты на изобретение «Устройство для разделения водомасляных эмульсий и фильтрующий материал» и изобретение «Сорбирующий материал, способ его изготовления и использования», указав патентообладателями и авторами патентов Дегтярева Владимира Александровича, Лакину Татьяну Алексеевну.

Новый номер патента: 2361661

Дата публикации нового патента: 20.07.2009

Извещение опубликовано: 20.07.2009        БИ: 20/2009




 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области водоподготовки

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть рекомендовано для концентрирования дифениламина при аналитическом контроле очищенных сточных вод предприятий лакокрасочного производства

Изобретение относится к области фармацевтической промышленности

Изобретение относится к адсорбции алифатических, ароматических, непредельных углеводородов и галогенпроизводных из газовой фазы

Изобретение относится к радиационной химии полимеров, в частности к радиационно-химическому способу получения гидрогелей, содержащих иммобилизованные дициклогексанозамещенные краун-эфиры, которые могут использоваться в качестве сорбентов, мембран и т.д
Изобретение относится к сорбентам, предназначенным для удаления с поверхности воды или почвы загрязнений от нефти, масел, топлив и других углеводородных продуктов

Изобретение относится к получению адсорбентов углеводородов
Изобретение относится к бактерицидным материалам, используемым в безнапорных и напорных фильтрах для обеззараживания и очистки воды из водопровода и пресноводных источников

Изобретение относится к хроматографическим методам анализа и может быть использовано в химической промышленности при контроле технологического процесса и качества продукта в производстве технического хлораля

Изобретение относится к области разделения эмульсий и очистки воды, в частности к установкам для очистки промышленных, природных и сточных вод от нефти, нефтепродуктов и механических примесей и разделения на составляющие компоненты устойчивых эмульсий

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к разделению жидкостей по плотности, например при повышении или понижении концентрации жиросодержащих смесей, а также очистке промывных вод

Изобретение относится к технологии обезвоживания светлых нефтепродуктов, а именно к применению для коалесценции воды гидрофобных насадок, и может быть использовано для получения товарных топлив требуемого качества по содержанию воды

Изобретение относится к области разделения водомасляных эмульсий, а именно разделения на составляющие компоненты эмульсий, в которых в качестве дисперсной фазы присутствует нефть или любые другие нефтепродукты (масла, бензин, мазут, дизтопливо и пр.), и касается способа разделения водомасляных эмульсий и установки для его осуществления

Изобретение относится к устройствам для разделения дисперсных систем, предназначено для использования в нефтеперерабатывающей и нефтедобывающей промышленности

Изобретение относится к области очистки воды, в частности к установкам для очистки природных и сточных вод от нефти, нефтепродуктов и механических примесей
Изобретение относится к области очистки жидких сред, а именно выделения из жидких сред заряженных частиц, разделения эмульсий, в том числе нефтепродуктов, молочных продуктов, жидких полимерных материалов и т.д

Изобретение относится к устройствам для обезвоживания нефти и нефтепродуктов, газового конденсата, жидких углеводородов и может быть использовано в химической, газоперерабатывающей, нефтеперерабатывающей промышленности, при подготовке нефти и газа к транспортировке

Изобретение относится к технике разделения водно-нефтяных дисперсных смесей и может быть использовано для очистки природных и сточных вод от диспергированных нефтепродуктов с последующей их регенерацией и использованием или утилизацией

Изобретение относится к способу разделения масляных или углеводородных веществ /называемых в дальнейшем просто "маслами"/, диспергированных в водных растворах, а именно, полного разделения нерастворимой масляной фазы от водной фазы, содержащей диспергированную фракцию масляной фазы, а также к устройству для его осуществления

Изобретение относится к области очистки воды от нефти и нефтепродуктов, а также области разделения прямых устойчивых слабоконцентрированных водомасляных эмульсий

Наверх