Сорбент нефти, нефтепродуктов и органических растворителей (варианты)

Группа изобретений относится к составам твердых пористых сорбентов и может быть использовано для сбора нефти, нефтепродуктов и органических растворителей с различных поверхностей, в том числе, воды, почвы и т.п. Сорбент содержит твердый пористый носитель и органический модификатор. В первом варианте исполнения в качестве органического модификатора используют прямой или активный краситель или красители на основе порфиринов и фталоцианинов. Во втором варианте исполнения в качестве органического модификатора используют кубовый краситель. В третьем варианте исполнения в качестве органического модификатора используют сернистый краситель. Предлагаемый сорбент во всех вариантах исполнения обеспечивает улучшение сорбционных свойств сорбента за счет модификации поверхности носителя. 3 н.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к составам твердых пористых сорбентов и может быть использовано для сбора нефти, нефтепродуктов и органических растворителей с различных поверхностей, в том числе, воды, почвы и т.п.

Известен сорбент нефти и нефтепродуктов, содержащий целлюлозное волокно АФС, природные смолы, коалин и горный воск при следующем соотношении компонентов, мас.%:

целлюлозное волокно АФС	57-60
природные смолы	0,99-1
коалин	16-21
горный воск	17-23

(см. заявку на патент РФ №2002114536, кл. МПК₆ B01J 20/22).

Известный сорбент содержит в своем составе четыре компонента - целлюлозное волокно, природные смолы, коалин и горный воск. Такое количество компонентов не обеспечивает равномерного распределения компонентов по поверхности носителя при приготовлении сорбента, что снижает его сорбционную активность.

Кроме того, высокая вязкость двух компонентов - природной смолы и горного воска, затрудняет процесс перемешивания, что также приводит к неравномерной гидрофобизации поверхности носителя.

Известен сорбент нефтепродуктов, содержащий волокнистый носитель, гидрофобный компонент из группы: парафин, полипропилен, полиизопрен, полиизобутилен, полибутадиен и смесь фракций алкилкарбоновых веществ С₁₀-C₁₆, С₁₇-С₂₀, С₂₀-C₂₅ при их соотношении 1:1:1-1:3:5-2:3:5 соответственно (см. патент РФ №2071829, кл. МПК₆ B01J 20/22).

Приведенный сорбент в своем составе содержит три компонента - волокнистый носитель, гидрофобизатор из группы: парафин, полипропилен, полиизопрен, полиизобутилен, полибутадиен и смесь фракций алкилкарбоновых веществ С₁₀-C₁₆, C₁₇-С₂₀, С₂₀-С₂₅ при их соотношении 1:1:1-1:3:5-2:3:5 соответственно.

Приведенный сорбент также имеет сложный состав из-за наличия большого числа компонентов.

Кроме того, при приготовлении собрента используется большое количество токсичного растворителя (хлороформа), для удаления которого при высушивании сорбента применяют специальное оборудование, что усложняет и удорожает процесс приготовления сорбента.

И, наконец, наличие в нем дорогостоящей смеси фракций алкилкарбоновых веществ С₁₀-C₁₆, С₁₇-С₂₀, C₂₀-C₂₅ при их соотношении 1:1:1-1:3:5-2:3:5 соответственно значительно повышает его стоимость.

Известен адсорбент нефти и нефтепродуктов для очистки воды и почвы, содержащий твердый пористый носитель и смесь фракций жирных кислот C₁₀-C₁₆, С₁₇-C₂₀ и C₂₀-С₂₅ при их массовом соотношении 1:1:1-1:2:3-5:3:2 соответственно (см. патент РФ №2049543, кл. МПК₆ B01J 20/22).

В указанном сорбенте улучшен один из недостатков предыдущих, а именно, уменьшено количество компонентов, входящих в его состав.

Однако входящий в состав сорбента органический модификатор в виде смеси фракций жирных кислот С₁₀-C₁₆, С₁₇-С₂₀ и С₂₀-C₂₅ при их массовом соотношении 1:1:1-1:2:3-5:3:2 соответственно является трудоемким в изготовлении и дорогостоящим компонентом, что приводит к удорожанию сорбента.

При приготовлении указанного сорбента используется горючий, взрывоопасный и токсичный растворитель - пентан, который делает производство сорбента пожароопасным и взрывоопасным.

Кроме того, для приготовления сорбента, как и в описанном выше аналоге, требуется специальное оборудование для удаления растворителя, что также усложняет и удорожает процесс приготовления сорбента.

Сорбент, приведенный последним, является наиболее близким техническим решением по технической сущности для всех вариантов исполнения.

Задачей настоящего изобретения является улучшение сорбционных свойств сорбента за счет модификации поверхности носителя.

В первом варианте исполнения поставленная задача решается таким образом, что в известном сорбенте, содержащем твердый пористый носитель и органический модификатор, в качестве последнего используют прямой или активный краситель или красители на основе порфиринов и фталоцианинов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

прямой или активный краситель или краситель
на основе порфиринов и фталоцианинов	0,02...4
твердый пористый носитель	остальное.

Во втором варианте исполнения поставленная задача решается таким образом, что в известном сорбенте, содержащем твердый пористый носитель и органический модификатор, в качестве последнего используют кубовый краситель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кубовый краситель	0,2...6
твердый пористый носитель	остальное.

В третьем варианте исполнения поставленная задача решается таким образом, что в известном сорбенте, содержащем твердый пористый носитель и органический модификатор, в качестве последнего используют сернистый краситель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

сернистый краситель	0,02...4
твердый пористый носитель	остальное.

В качестве прямого красителя могут быть использованы прямой черный 3, прямой черный 23, прямой черный К, прямой черный 2С и другие красители этой группы.

В качестве активного красителя могут быть использованы активный черный К, активный черный 4СТ и другие красители этой группы.

В качестве красителей на основе порфиринов и фталоцианинов могут быть использованы феофорбид, хлорин е₆ и другие красители.

В качестве кубового органического красителя могут быть использованы кубовый черный, кубовый серый 23, кубовый серый С и другие красители этой группы.

В качестве сернистого органического красителя могут быть использованы сернистый черный (паста), сернистый черный 3 (порошок) и другие красители этой группы.

Предлагаемый сорбент (варианты) состоит из одного компонента - твердого пористого носителя, модифицированного органическим красителем, что обеспечивает его равномерную гидрофобизацию

В процессе модифицирования органический краситель прочно связывается с твердым пористым носителем. При очистке поверхностей от нефти, нефтепродуктов и органических растворителей краситель с пористого носителя не смывается, не загрязняя, тем самым, окружающую среду.

И, наконец, предлагаемый сорбент (варианты) после регенерации может быть многократно использован по своему назначению, а при снижении его сорбционных свойств использован в качестве исходного сырья для приготовления топливных брикетов для технических и бытовых нужд.

В качестве твердого пористого носителя могут быть использованы целлюлоза, целлюлозосодержащие материалы, все отходы от переработки древесины, рисовая шелуха, жмыхи, шроты и тому подобные материалы в зависимости от местонахождения изготовителя.

Предлагаемый сорбент в первом варианте исполнения получают следующим способом.

Навеску красителя растворяют в холодной воде и нагревают до температуры 30-40°С. В полученный раствор при постоянном перемешивании вводят щелочной агент (раствор едкого натра или кальцинированной соды) и выдерживают при постоянной температуре 5-10 минут. Затем в раствор при постоянном перемешивании вводят твердый пористый носитель. Смесь нагревают до температуры 60-100°С и перемешивают в течение 30 минут. Далее в систему вводят поваренную соль и перемешивают в нагретом состоянии еще 30 минут. Твердый продукт отделяют от раствора и высушивают.

Пример 1.

Получение сорбента с прямым красителем.

Сорбент, содержащий твердый пористый носитель, модифицированный анилиновым черным красителем со следующим соотношением компонентов, мас.%

анилиновый черный краситель	0,48
твердый пористый носитель	остальное

получают следующим способом.

Навеску анилинового черного красителя в количестве 4,8 г растворяют в 1000 мл холодной воды и нагревают до температуры 30-40°С. В раствор при постоянном перемешивании вводят 0,9 г кальцинированной соды и выдерживают при постоянной температуре 5-10 минут. Затем в полученный раствор при постоянном перемешивании вводят 60 г сосновых опилок, измельченных до размера частиц 0,4-1,2 мм. Смесь нагревают до температуры 60-70°С и перемешивают в течение 30 минут. После чего в систему вводят 100 г поваренной соли и перемешивают в нагретом состоянии еще 30 минут. Твердый продукт отделяют от раствора и высушивают.

Пример 2.

Получение сорбента с активным красителем.

Сорбент, содержащий твердый пористый носитель, модифицированный активным желтым 2КТ красителем со следующим соотношением компонентов, мас.%

активный желтый 2КТ краситель	0,48
твердый пористый носитель	остальное

получают следующим способом.

Навеску активного желтого 2КТ красителя в количестве 4,8 г растворяют в 1000 мл холодной воды и нагревают до температуры 30-40°С. В раствор при постоянном перемешивании вводят 0,9 г кальцинированной соды и выдерживают при постоянной температуре 5-10 минут. Затем в полученный раствор при постоянном перемешивании вводят 60 г сосновых опилок, измельченных до размера частиц 0,4-1,2 мм. Смесь нагревают до температуры 60°С и перемешивают в течение 30 минут. После чего в систему вводят 60 г поваренной соли и перемешивают в нагретом состоянии еще 30 минут. Твердый продукт отделяют от раствора и высушивают.

Пример 3.

Получение сорбента с красителем на основе порфиринов и фталоцианинов.

Сорбент, содержащий твердый пористый носитель, модифицированный феофорбидом со следующим соотношением компонентов, мас.%

феофорбид	0,2
твердый пористый носитель	остальное

получают следующим способом.

Навеску феофорбида в количестве 2 г растворяют в 1000 мл холодной воды и нагревают до температуры 30-40°С. В раствор при постоянном перемешивании вводят 0,9 г кальцинированной соды и выдерживают при постоянной температуре 5-10 минут. Затем в полученный раствор при постоянном перемешивании вводят 60 г сосновых опилок, измельченных до размера частиц 0,4-1,2 мм. Смесь нагревают до температуры 100°С и перемешивают в течение 30 минут. После чего в систему вводят 140 г поваренной соли и перемешивают в нагретом состоянии еще 30 минут. Твердый продукт отделяют от раствора и высушивают.

Предлагаемый сорбент во втором варианте исполнения получают следующим способом.

В подготовленную половину маточного раствора красителя добавляют раствор едкого натра, гидросульфита натрия и нейтрализованный контакт Петрова и помещают в него твердый пористый носитель. Состав нагревают до температуры 35-40°С и перемешивают в течение 15 минут. Затем добавляют вторую половину маточного раствора красителя, нагревают до температуры 90-95°С и перемешивают в течение 40-50 минут. Затем добавляют 32,5% раствор уксусной кислоты. Полученный сорбент промывают в холодной воде и обрабатывают 0,25% раствором поваренной соли. Далее сорбент отделяют от раствора и высушивают.

Пример 4.

Сорбент, содержащий твердый пористый носитель, модифицированный кубовым черным красителем со следующим соотношением компонентов, мас.%

кубовый черный краситель	5
твердый пористый носитель	остальное

получают следующим способом.

Для приготовления маточного раствора красителя 50 г кубового черного красителя затирают с 3-4 мл воды. В полученную суспензию добавляют 500 мл воды и добавляют 12 мл 32,5% раствора едкого натра и 20 г гидросульфита натрия. Полученный раствор разбавляют водой до 1000 мл, нагревают до 55-60°С и выдерживают при перемешивании в течение 15-20 минут. Затем в половину полученного раствора добавляют 5-7 мл 32,5% раствора едкого натра, 9-11 г сульфита натрия и 2,5-3 мл нейтрализованного контакта Петрова.

В полученный состав при постоянном перемешивании помещают 60 г сосновых опилок, измельченных до размера частиц 0,4-1,2 мм, и выдерживают при температуре 35-40°С 15 минут. Затем в раствор вливают вторую половину маточного раствора красителя, нагревают до температуры 90°С и перемешивают еще 40-50 минут. Затем добавляют 2 г 32,5% раствора уксусной кислоты. Далее сорбент промывают холодной, обрабатывают 0,25% раствором поваренной соли и высушивают.

Предлагаемый сорбент в третьем варианте исполнения получают следующим способом.

Подготовленный маточный раствор красителя вводят в водный раствор, содержащий сульфид натрия и гидросульфит натрия. В полученный раствор вносят твердый пористый носитель, состав нагревают до температуры 50-55°С и перемешивают в течение 20-30 минут, после чего в раствор добавляют 32,5% раствор уксусной кислоты. Затем сорбент отделяют от раствора и промывают холодной, горячей и еще раз холодной водой. В заключении сорбент обрабатывают в водном растворе, содержащем не менее 10 г/л триэтаноламина или мочевины, или тиомочевины. Затем сорбент промывают водой и высушивают.

Пример 5.

Сорбент, содержащий твердый пористый носитель, модифицированный сернистым черным красителем со следующим соотношением компонентов, мас.%

сернистый черный краситель	0,26
твердый пористый носитель	остальное

получают следующим способом.

Для приготовления маточного раствора красителя в 900 мл воды растворяют 2,6-2,7 г сульфида натрия, 0,2 г едкого натра и 3 г поваренной соли. Раствор нагревают до температуры 70-85°С и вносят в него 2,6-2,7 г сернистого черного красителя и продолжают нагрев при перемешивании в течение 10-15 минут. Затем раствор охлаждают до температуры 50-55°С и вводят в него 0,3 г едкого натра и 1,4-1,6 г гидросульфита натрия и нагревают в течение 10-15 минут. Затем в раствор вводят 100 мл воды с растворенными в ней 1 г сульфида натрия и 0,5 г гидросульфита натрия. В полученный состав вносят 60 г сосновых опилок, измельченных до размера частиц 0,4-1,2 мм и нагревают его до 50-55°С в течение 20-30 минут. Затем в состав добавляют 2 г 32,5% раствора уксусной кислоты. Далее сорбент отделяют от раствора и тщательно промывают холодной, горячей еще раз холодной водой. В заключении сорбент обрабатывают при температуре 38°С в водном растворе, содержащем не менее 12 г/л триэтаноламина, промывают водой и высушивают.

Полученные сорбенты были испытаны на сорбционную активность опытным путем следующим образом.

На поверхность воды, находящейся в широком сосуде (чашка Петри), наносили 4,5 мл нефти. Затем на нефтяном пятне равномерным слоем распределяли сорбент в количестве 1,1 г. Через 3-5 минут сорбент вместе с сорбированной нефтью собирали с поверхности воды сетчатой лопаткой, а очищенную воду исследовали на остаточное содержание нефти методом ИК-спектроскопии с использованием прибора «Specord M80» на длине волны 2920 см^-1 по методике ОСТ 38.01378-85.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Таблица
№ п/п	Вид красителя	Сорбционные характеристики сорбентов
нефть	солярка	о-ксилол
1	Анилиновый черный	5,0/99,9	4,9/99,9	4,6/99,3
2	Желтый светлый 2КТ	4,8/98,9	4,7/99,3	4,4/98,6
3	Феофорбид	4,5/96,8	4,4/96,0	4,1/95,7
4	Кубовый черный	4,9/99,1	4,8/98,7	4,5/98,3
4	Сернистый черный	5,1/99,9	5,0/99,5	4,6/98,4

В числителе приведена сорбционная емкость испытываемого сорбента (количество граммов нефти, нефтепродуктов или органических растворителей, сорбированное 1 г сорбента), в знаменателе - степень очистки поверхности воды в мас.%.

Предлагаемый сорбент во всех вариантах исполнения обеспечивает высокую степень очистки загрязненной поверхности за счет модификации поверхности носителя.

1. Сорбент нефти, нефтепродуктов и органических растворителей, содержащий твердый пористый носитель и органический модификатор, отличающийся тем, что в качестве органического модификатора используют прямой или активный краситель или красители на основе порфиринов и фталоцианинов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

прямой или активный краситель или
красители на основе порфиринов и фталоцианинов	0,02-4
твердый пористый носитель	остальное

2. Сорбент нефти, нефтепродуктов и органических растворителей, содержащий твердый пористый носитель и органический модификатор, отличающийся тем, что в качестве органического модификатора используют кубовый краситель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кубовый краситель	0,2-6
твердый пористый носитель	остальное

3. Сорбент нефти, нефтепродуктов и органических растворителей, содержащий твердый пористый носитель и органический модификатор, отличающийся тем, что в качестве органического модификатора используют сернистый краситель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

сернистый краситель	0,02-4
твердый пористый носитель	остальное