Способ получения сорбента для очистки от нефти твердых и водных поверхностей

Способ получения сорбента для очистки от нефти твердой и водной поверхностей включает термообработку свежесобранного мха рода Sphagnum при температуре 165-170°С до внешнего вида готового продукта коричневого цвета. Полученный сорбент обладает повышенной плавучестью. 4 табл.

 

Изобретение относится к способам получения сорбентов и может быть использовано для быстрого и полного удаления нефтяных загрязнений с твердой и водной поверхностей.

Известен способ получения сорбента, согласно которому в качестве носителя используют фрезерный торф, предварительно подсушенный с 60% до 23-25% влажности и спрессованный под давлением 140-150 МПа в брикеты, который гидрофобизуется при термообработке. Обработку ведут при температуре 250-280°С без доступа воздуха до влажности продукта 25-10% (пат. РФ №2116128, МПК В 01 J 20/24, бюл. №14, 27.07.98 г.). Недостатками способа-аналога является сложность и длительность процесса, а также недостаточная нефтеемкость готового продукта.

Известен способ получения сорбционной среды, при котором собирают 5-10 см верхней части растения сфагнума и затем высушивают до тех пор, пока цвет растения не станет белым или бело-желтым, а растение не приобретет хрупкую консистенцию (см. патент РФ №2183501, МПК B 01 J 20/24, опуб. 20.02.2000 г.). Данный способ взят за прототип.

Недостатками способа-прототипа являются сложность и длительность процесса, а также недостаточная плавучесть и нефтеемкость готового продукта.

Задачей создания изобретения является упрощение способа получения сорбента и увеличение плавучести и нефтеемкости готового продукта.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом, таких как способ получения сорбента для очистки от нефти твердой и водной поверхностей, включающий термообработку свежесобранного мха рода Sphagnum, и отличительных существенных признаков, таких как ведение термообработки при температуре 165-170°С до внешнего вида готового продукта коричневого цвета.

По прототипу сфагновый мох сушится в естественных условиях, а также допускается сушка при помощи поступающей энергии, например, в зерносушилках (предельная температура нагрева зерна в сушильной камере 60°С). В предложенном способе рассматриваются два режима: естественная сушка и термообработка при Т=165-170°С.

В предлагаемом способе акцент делается на термообработку мха при Т=165-170°С. В этом температурном режиме, кроме испарения воды, происходят физико-химические преобразования и перераспределения гидрофобных соединений в растительных тканях, в результате чего значительные площади сорбционной поверхности приобретают гидрофобные свойства. Гидрофобность поверхности обеспечивает плавучесть материала, а это определяющее качество сорбентов, которые используются для сбора нефти на воде.

Вышеперечисленные признаки позволяют получить следующий технический результат - упрощение процесса и повышение плавучести и нефтеемкости готового продукта.

Указанные выше отличительные признаки, каждый в отдельности и все совместно, направлены на решение поставленной задачи и являются существенными.

Использование существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «новизна».

Единая совокупность новых существенных признаков с общими, известными обеспечивает решение поставленной задачи, является не очевидным для специалистов в данной области техники и свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Полученный сорбент представляет собой легкие, рыхло расположенные относительно друг друга облиственные стебли мха с облиственными веточками на них белесо-зеленоватого цвета при сушке в естественных условиях (температура 18-20°С) или легкую рыхлую массу частично переломленных стеблей и веточек коричневого цвета, если сушку осуществляют при температуре 165-170°С.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в качестве сырья для получения сорбента используется мох рода Sphagnum, имеющий особенности анатомического строения. Клетки кожицы, покрывающей стебель и веточки, а также большая часть клеток листьев являются мертвыми, без протоплазмы, но с порами в стенках. Эти клетки легко впитывают воду, в том числе воздушно-капельную, вода также легко передается от одной части растения к другой. В процессе сушки мха вода испаряется, и клетки заполняются воздухом. При соприкосновении с водой или другой жидкостью сухой сфагновый мох быстро впитывает жидкость и прочно ее удерживает.

В процессе обработки мха при температуре 165-170°С, помимо испарения и удаления влаги, происходит также выделение на поверхность воскоподобных веществ с гидрофобными свойствами. Благодаря этому повышается сорбционная способность мха по отношению к нефти и нефтепродуктам и одновременно уменьшается нефтеотдача.

Чем выше температура обработки, тем меньше требуется времени для удаления влаги из сырья. В естественных условиях, при комнатной температуре 18-20°С время сушки мха составило 10 суток, при термообработке (165-170°С) достаточно 0,5 ч для снижения влажности до 10% и достижения высокой нефтеемкости.

Обработка мха при температуре выше 170°С приводит к незначительному увеличению нефтеемкости и одновременно к нежелательным эффектам:

1) мох на 90-100% теряет структурную целостность, что ухудшает потребительские свойства готового продукта;

2) при температуре 175-185°С происходит самовозгорание мха.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Приготовление сорбента

500 г свежесобранного мха рода Sphagnum помещают в сушильный шкаф и выдерживают в течение 0,5 ч при температуре 165-170°С. Влажность полученного сорбента 10-15%.

500 г свежесобранного мха рассыпают на твердую поверхность в сухом помещении и оставляют на 10 суток. По истечении 10 суток влажность мха составляет 15-20%.

Пример 2. Нефтепоглощение с водной поверхности

На поверхность воды, налитой в стеклянную емкость, наносится такое количество нефти или нефтепродукта, чтобы толщина слоя составила 1 мм или 2 мм. Объем наносимого продукта определяется расчетным путем, исходя из величины его плотности и размера зеркала поверхности. Доза сорбента (мох рода Sphagnum) определена исходя из величины нефтепоглощения, полученной в предварительных экспериментах.

Сорбент равномерно наносится на нефтяную пленку, выдерживается 30 мин и затем в смеси с нефтепродуктом переносится на металлическое сито №1. Через 5 мин остаток на сите шпателем переносится на предварительно взвешенное часовое стекло и взвешивается.

Пример 3.

Нефтепоглощение с твердой поверхности

Исследуемый сорбент (свежесобранный мох рода Sphagnum) в количестве 1,5 г помещали в стеклянный стакан емкостью 100 мл и заливали 50 мл нефти или нефтепродукта. Смесь перемешивали стеклянной палочкой и через 3 мин выливали на металлическое сито №1. Через 5 мин остаток на сите переносили шпателем на часовое стекло и взвешивали.

Анализ результатов испытаний

Результаты опытов по оценке поглощающих свойств сорбентов при сборе нефти и дизельного топлива с поверхности воды и с твердой поверхности приведены соответственно в таблицах 1 и 2.

Наибольшая поглотительная способность наблюдается у сорбента «Мох_тс - высушен при температуре 165-170°С»: 11,0 г/г - при сборе дизельного топлива и 13,5 г/г при сборе сырой нефти с водной поверхности, соответственно 16,6 г/г и 18,3 г/г при сборе продуктов с твердой поверхности.

Для сорбента «Мох_ес - высушен при температуре 18-20°С» эти показатели ниже и равны соответственно: 6,7 г/г; 7,2 г/г и 13,6 г/г; 16,4 г/г.

Сорбент канадского производства из верхового торфа малой степени разложения «Cansorb» имеет поглотительную способность, меньшую, чем у сорбентов «Мох_ес» и «Мох_тс»: на водной поверхности 5,4 г/г при сборе дизельного топлива и 5,8 г/г при сборе сырой нефти, а на твердой поверхности 7,2 г/г при сборе дизельного топлива и 9,0 г/г при сборе сырой нефти.

Исследованные нами сорбенты при насыщении нефтью или нефтепродуктами имеют высокую плавучесть благодаря гидрофобным свойствам нефтепродуктов.

На практике часто приходится собирать нефтяные загрязнения не только в виде сплошной нефтяной пленки, но и в виде отдельных пятен, чередующихся с участками чистой водной поверхности.

Сорбенты с гидрофильными свойствами, попав на участки воды без нефтяной пленки, сорбируют воду и тонут.

В таблице 3 приведены результаты испытаний плавучести сорбентов, нанесенных на чистую водную поверхность.

Мох_ес тонет на третьи сутки, Cansorb - через 5 суток.

Сорбент «Мох_тс» не теряет плавучести в течение 10 суток и на 15 сутки тонет лишь половина сорбента.

В таблице 4 показана плавучесть сфагнового мха, обработанного при различных температурах.

Таблица 4
Температура	Плавающая составляющая мха, % при конт. с водой в теч. суток
1	2	3	5	10	15
18-20	100	100	0	0	0	0
60-70	100	100	0	0	0	0
160-164	100	100	0	0	0	0
165-170	100	100	100	100	100	50

Из таблицы 4 видно, что плавучесть резко увеличивается, когда температура термообработки достигает 165-170°С. Следует отметить, что на этой температурной отметке цвет мха меняется от белесо-желтого до коричневого.

Обработкой сфагнового мха при температуре 165-170°С достигается и увеличивается нефтеемкость сорбента по сравнению с сорбентом из мха естественной сушки (см. табл.1 описания).

Это объясняется тем, что гидрофобизация поверхности полостей, пор капилляров обеспечивает преимущественное смачивание неполярными жидкостями, в частности углеводородами, по правилу «подобное смачивает подобное». Высокая плавучесть сорбента объясняется гидрофобными свойствами, приобретенными мхом в процессе обработки при температуре 165-170°С. Вышеприведенные примеры подтверждают возможность осуществления, использования по назначению изобретения, как описано в формуле изобретения.

Таблица 1 Оценка поглощающих свойств сорбентов при сборе сырой нефти (СН) и дизельного топлива (ДТ) с поверхности воды
Параметры	Сырая нефть	Дизельное топливо
Мохес	Мохтс	Consorb	Мохес	Мохтс	Consorb
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Диаметр зеркала, мм	153	153	153	153	153	153	153	153	153	153	153	153
Масса продукта, г	15,8	31,6	15,8	31,6	15,8	31,6	15,4	30,8	15,4	30,8	15,4	30,8
Толщина слоя продукта, мм	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2
Масса сорбента, г	2,5	2,5	2,5	2,5	2,1	2,1	2,5	2,5	2,5	2,5	2,1	2,1
Сорбировано продукта, г/г	6,3	7,2	6,3	13,5	5,4	5,8	6,2	6,7	6,2	11,0	5,2	5,4
Мохес - высушен при температуре 18-20°С Мохтс - высушен при температуре 165-170°С Consort) - сорбент из верхового торфа малой степени разложения канадского производства

Таблица 2 Оценка поглощающих свойств сорбентов при сборе нефти (СН) и дизельного топлива (ДТ) с твердой поверхности
Сорбент/Продукт	Сорбировано продукта, г/г
Мохес	Мохтс	Cansorb
Сырая нефть (СН)	16,4	16,6	9,0
Дизельное топливо (ДТ)	13,6	18,3	7,2

Таблица 3 Оценка плавучести сорбентов на воде
Сорбент	Плавающая составляющая сорбентов, %, при контакте их с водой в течение, сут.
1	2	3	5	10	15
Мохес	100	100	0	0	0	0
Мохтс	100	100	100	100	100	50
Cansorb	100	90	50	40	1-2	0

Способ получения сорбента для очистки от нефти твердой и водной поверхностей, включающий термообработку свежесобранного мха рода Sphagnum, отличающийся тем, что термообработку ведут при температуре 165-170°С до внешнего вида готового продукта коричневого цвета.