Гидрофобный фильтр для сбора нефтепродуктов с поверхности воды и способ его получения



Гидрофобный фильтр для сбора нефтепродуктов с поверхности воды и способ его получения
Гидрофобный фильтр для сбора нефтепродуктов с поверхности воды и способ его получения

 


Владельцы патента RU 2633891:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) (RU)

Изобретение относится к области очистки воды от загрязнения углеводородами нефти, маслами. Гидрофобный фильтр для сбора нефтепродуктов с поверхности воды, состоящий из кассеты, в которой размещены отдельные, соединенные между собой высокопористые гидрофобные блоки, выполненные из высокотемпературных оксидных материалов с плотностью 0,4-0,6 г/см3, внешние поверхности высокопористых гидрофобных блоков и внутренние поверхности пор которых покрыты сплошной углеродной пленкой. Способ получения гидрофобного фильтра для сбора нефтепродуктов с поверхности воды, включающий просушивание высокопористых гидрофобных блоков в печи при температуре 300-400°C до постоянства веса блоков, после чего осуществляют их пропитку углеродосодержащей жидкостью до полного покрытия внешней поверхности высокопористых гидрофобных блоков и внутренней поверхности пор, затем осуществляют пиролиз в атмосфере инертного газа при температуре 700-900°C до полной графитизации поверхностного покрытия высокопористых гидрофобных блоков. Технический результат, заключающийся - повышение эффективности удаления нефти и нефтепродуктов, в упрощение технологии изготовления. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к области очистки воды от загрязнения углеводородами нефти, маслами, может быть использовано в нефтяной, нефтехимической, машиностроительных и других отраслях промышленности.

Известен состав и способ получения фильтра на основе пористого поливинилформаля (RU 2445147, опубл. 20.03.2012), где состав для получения фильтра содержит, в вес. %: поливиниловый спирт 5-20, порообразователь 2-10, сшивающий агент - параформальдегид 2-15, катализатор 1-15, вода - остальное. В качестве порообразователя он содержит смесь крахмалов с разной среднестатистической величиной зерна или крахмала и декстрина. Растворяют в воде заданное количество поливинилового спирта. Нагревают его до 75-95°C, постоянно перемешивая. Добавляют в полученный раствор суспензию порообразователя в холодной воде и выдерживают полученную смесь при постоянном перемешивании при 55-80°C 15-30 мин. Добавляют расчетное количество сшивающего агента и перемешивают 10-30 мин. Добавляют при 30-40°С расчетное количество катализатора и перемешивают 10-20 мин. Разливают полученную реакционную смесь в формы, выдерживают в термостате при 55-80°С 5-20 ч. Извлекают полученный элемент из формы, отмывают от катализатора и порообразователя. Сушку проводят сначала при 15-25°С 48 ч, а затем при 30-50°С до постоянного веса.

Недостатками являются ограничения по температуре возможного использования такого фильтра, а также невозможность его высокотемпературной обработки для очистки от собраных нефтепродуктов, что делает невозможным его многократное применение.

Известен способ получения фильтрующего материала (RU 2069077, опубл. 20.11.1996), в котором в качестве неорганического материала используются дробленые силикатные и алюмосиликатные материалы с крупностью частиц 0,3-2,5 мм, а в качестве связующего - отходы полимерных материалов в количестве 10-25 мас. % с размером частиц 0,2-1,5 мм, термообработку ведут при 120-180°C с получением материала в виде блоков. Предлагаемый способ позволяет получить фильтрующие блоки, обладающие высокими фильтрующими характеристиками при очистке воды от взвешенных частиц, нефтепродуктов и ионных примесей, с использованием доступных материалов и простой технологии.

Недостатками являются необходимость использования связующего полимерного материала совместно с дробленым неорганическим силикатным или алюмосиликатным материалом, что не позволяет получить максимальный доступный объем порового пространства фильтрующего материала и максимальную доступную поверхность. А это, в свою очередь, приводит к недостаточной эффективности такого фильтрующего материала для сбора больших количеств нефтепродуктов.

Прототипом первого объекта предложенного изобретения является фильтрующий материал (RU 2361640, опубл. 20.07.2009), содержащий слой различных волокнистых материалов с гидрофобной и гидрофильной поверхностью, скрепленных между собой. Материал выполнен двухслойным, при этом один слой выполнен из гидрофобного полимерного волокна в виде нетканого холста объемно-гофрированной структуры, а второй - из гидрофильного супертонкого базальтового волокна.

Недостатками являются необходимость использования дорогостоящего супертонкого базальтового волокна, что приводит к увеличению стоимости конечного изделия.

Прототипом второго объекта предложенного изобретения является способ изготовления сорбирующего материала для сбора нефти и нефтепродуктов (WO 2016140594, опубл. 09.09.2016), в котором проводят пропитку холста из базальтовых волокон гидрофобизирующей жидкостью и последующую сушку. В качестве базальтовых волокон холста используют волокна с диаметром 0,2-2 мкм и плотностью не более 20-25 кг/м3, перед пропиткой холст предварительно распушают сжатым воздухом до плотности 12-15 кг/м. Пропитку гидрофобизирующей жидкостью производят путем введения сжатым воздухом в предварительно распушенные базальтовые волокна холста гидрофобизирующей жидкости в виде аэрозольных частиц, а последующую сушку пропитанного холста проводят сжатым воздухом.

Недостатком является использование сложной процедуры распушения и последующей гидрофобизации базальтового волокна, что делает этот метод технологически менее привлекательным.

В предлагаемом изобретении достигается технический результат, заключающийся в повышении эффективности удаления нефти и нефтепродуктов (до 95% с поверхности воды), в упрощении технологии изготовления и удешевлении производства промышленных адсорбентов. Возможно использование в качестве основы для фильтра, изготавливаемых промышленно - шамотно-тальковых легковесовых изделий (блоков, кирпичей). Важным отличием изобретения является возможность многократной регенерации (восстановление) использованных фильтров путем повторной гидрофобизации поверхности.

Указанный технический результат в первом объекте изобретения достигается следующим образом.

Гидрофобный фильтр для сбора нефтепродуктов с поверхности воды состоит из кассеты, в которой размещены отдельные, соединенные между собой высокопористые гидрофобные блоки, выполненные из высокотемпературных оксидных материалов с плотностью 0,4-0,6 г/см3, внешние поверхности высокопористых гидрофобных блоков и внутренние поверхности пор которых покрыты сплошной углеродной пленкой.

Высокопористые гидрофобные блоки выполнены из высокотемпературных оксидов Al, Fe, Si, Mg, Na, Ti, Cu, В и/или их смесей.

При этом высокопористые гидрофобные блоки выполнены из шамотно-талькового легковеса.

Углеродная пленка выполнена из аморфного углерода или графита, или углеродных нанотрубок.

Указанный технический результат во втором объекте изобретения достигается следующим образом.

В способе получения гидрофобного фильтра для сбора нефтепродуктов с поверхности воды просушивают высокопористые гидрофобные блоки в печи при температуре 300-400°C до постоянства веса блоков. После чего их пропитывают углеродосодержащей жидкостью до полного покрытия внешней поверхности высокопористых гидрофобных блоков и внутренней поверхности пор. Затем проводят пиролиз в атмосфере инертного газа при температуре 700-900°C до полной графитизации поверхностного покрытия высокопористых гидрофобных блоков.

При этом в качестве углеродосодержащей жидкости используют трансмиссионное масло.

Также в качестве инертного газа используют аргон.

Просушивание высокопористых гидрофобных блоков проводят в течение 1-2 часов.

При этом пиролиз проводят в течение 20-60 минут.

Нефтепродукты являются одними из наиболее опасных компонентов загрязнений сточных вод. Отходы переработки нефти (нефтяные шламы) представляют собой амфотерные или мелкокристаллические массы, содержащие 20-80% воды. Нефтепродукты в воде могут находиться в различных миграционных формах - растворенной, эмульгированной, сорбированной на взвешенных частицах и донных отложениях, в виде пленки на поверхности воды. Чтобы действовать как сорбент, материал должен привлекать нефть, не взаимодействуя с водой, т.е. должен быть олеофильным и вместе с тем гидрофобным, а также высокопористым.

Высокопористым является материал, у которого доля пор в объеме материала может составлять более 20%.

Согласно изобретению гидрофобный фильтр состоит из кассеты, в которой размещены отдельные, соединенные между собой высокопористые гидрофобные блоки. При этом высокопористые блоки имеют плотность 0,4 г/см3-0,6 г/см3.

Гидрофобные материалы и покрытия - это те материалы и покрытия, у которых угол смачивания водой и водными растворами превышает 90°. Особенностью таких материалов является неустойчивость тонких смачивающих водных слоев на их поверхностях.

Гидрофобность - свойство, которое определяется не столько характеристиками материала в целом, сколько свойствами и структурой приповерхностного слоя толщиной в несколько нанометров.

При плотности высокопористых блоков меньше 0,4 г/см3 их механической прочности становится недостаточно для надежного монтажа в кассете фильтра.

А при плотности высокопористых блоков больше 0,6 г/см3 общая пористость и размеры пор уменьшаются, что приводит к существенному снижению скорости протекания нефтепродуктов через фильтр, а соответственно к снижению эффективности очистки.

Внешние поверхности высокопористых гидрофобных блоков и внутренние поверхности пор, которые покрыты сплошной углеродной пленкой, которая придает олеофильные свойства, то есть смачиваются нефтью и нефтепродуктами и гидрофобные свойства поверхностям, т.е. не смачиваются водой.

Фильтр работает следующим образом. Кассета с гидрофобными блоками касается поверхности воды, на которой разлиты нефтепродукты. Нефть, смачивающая поверхности пор, под воздействием капиллярных сил, проникает в доступные поры, а вода при этом не может проникать внутрь гидрофобного фильтра. Таким образом происходит отделение нефтепродуктов от воды.

В процессе эксплуатации, из-за физического и химического воздействия, поверхности фильтра могут потерять свои гидрофобные свойства. Для восстановления фильтры можно многократно регенерировать, используя технологию и оборудование основного способа получения, описанного ниже.

Способ получения осуществляется следующим образом.

Высокопористые блоки из высокотемпературных оксидных материалов помещают в печь, где проводят просушивание при 300-400°C, до постоянства веса блоков.

При температуре меньшее 300°C процесс сушки может существенно затянуться по времени.

При температуре больше 400°C значительно увеличивается время охлаждения и затраты энергии на сушку.

Постоянство веса контролируется путем взвешивания контрольных образцов блоков, периодически извлекаемых из печи.

Необходимо, чтобы поверхность материала, включая поверхности его пор, не смачивалась водой, для этого осуществляют их пропитку углеродосодержащей жидкостью до полного покрытия внешней поверхности высокопористых гидрофобных блоков и внутренней поверхности пор.

Затем осуществляют пиролиз в атмосфере инертного газа при температуре 700-900°C до полной графитизации поверхностного покрытия высокопористых гидрофобных блоков.

Пиролиз можно проводить в атмосфере аргона. При температуре пиролиза меньше 700°C может получаться не сплошное гидрофобное покрытие.

А при температуре больше 900°C пиролиз может приводить к восстановлению некоторых окислов исходного материала образующимся углеродом, что также нарушает качество покрытия.

При этом в качестве углеродосодержащей жидкости используют трансмиссионные, или трансформаторные, или моторные масла.

Экспериментально установлено: просушивание высокопористых гидрофобных блоков проводят в течение 1-2 часов. При этом пиролиз проводят в течение 20-60 минут.

После чего высокопористые гидрофобные блоки соединяют между собой и размещают в кассету.

Примеры реализации предложенного изобретения.

Пример 1

В качестве сырья для получения углеродного сорбента был использован высокопористый материал, шамотный легковес с плотностью 0,4 г/см3.

Для удаления влаги, образцы просушивались в сушильном шкафу при температуре 300°C в течение 1 часа. Перед каждым процессом они взвешивались для определения постоянства веса.

Просушенный исходный материал пропитывали углеродсодержащей жидкостью для получения углеродной пленки из графита. Для пропитки поверхностей высокопористых гидрофобных блоков в качестве углеродосодержащей жидкости, было использовано трансмиссионное масло марки Chevron Automatic Transmission Fluid MD-3. Пропитку трансмиссионным маслом осуществляли в полном объеме до насыщения и взвешивали массу до пиролиза и после.

Пиролиз проводили при температуре 900°C с продолжительностью временем выдержки одного часа в токе инертного газа - аргона при давлении выше атмосферного на 5-10 мм рт.ст. до полной графитизации поверхностного покрытия высокопористых гидрофобных блоков.

Пример 2

В качестве сырья для получения углеродного сорбента был использован высокопористый материал, состоящий из смеси высокотемпературных оксидов алюминия, кремния, железа, титана, натрия, меди и бора с плотностью 0,6 г/см3.

Для удаления влаги, образцы просушивались в сушильном шкафу при температуре 400°C в течение 2 часов. Перед каждым процессом они взвешивались для определения постоянства веса.

Просушенный исходный материал пропитывали углеродсодержащей жидкостью для получения углеродной пленки из графита. Для пропитки поверхностей высокопористых гидрофобных блоков в качестве углеродосодержащей жидкости, было использовано трансформаторное масло марки ВГ.

Пиролиз проводили при температуре 700°C в течение 20 минут до полной графитизации поверхностного покрытия высокопористых гидрофобных блоков в атмосфере инертного газа, в качестве которого использовали аргон.

Пример 3

В качестве сырья для получения углеродного сорбента был использован высокопористый материал, шамотный легковес с плотностью 0,4 г/см3. Перед каждым процессом они взвешивались для определения постоянства веса.

Для удаления влаги, образцы просушивались в сушильном шкафу при температуре 350°C в течение 1,5 часа. Перед каждым процессом они взвешивались для определения постоянства веса.

Просушенный исходный материал пропитывали углеродсодержащей жидкостью для получения углеродной пленки из графита. Для пропитки поверхностей высокопористых гидрофобных блоков в качестве углеродосодержащей жидкости, было использовано моторное масло марки М-8В.

Пиролиз проводили при температуре 800°C в течение 40 минут до полной графитизации поверхностного покрытия высокопористых гидрофобных блоков в атмосфере инертного газа, в качестве которого использовали аргон.

В таблице 2 показаны свойства гидрофобных фильтров, выполненных по примеру 1-3.

1. Гидрофобный фильтр для сбора нефтепродуктов с поверхности воды, состоящий из кассеты, в которой размещены отдельные, соединенные между собой высокопористые гидрофобные блоки, выполненные из высокотемпературных оксидных материалов с плотностью 0,4-0,6 г/см3, внешние поверхности высокопористых гидрофобных блоков и внутренние поверхности пор которых покрыты сплошной углеродной пленкой.

2. Гидрофобный фильтр по п. 1, в котором высокопористые гидрофобные блоки выполнены из высокотемпературных оксидов Al, Fe, Si, Mg, Na, Ti, Cu, В и/или их смесей.

3. Гидрофобный фильтр по п. 1, в котором высокопористые гидрофобные блоки выполнены из шамотно-талькового легковеса.

4. Гидрофобный фильтр по п. 1, в котором углеродная пленка выполнена из аморфного углерода или графита, или углеродных нанотрубок.

5. Способ получения гидрофобного фильтра для сбора нефтепродуктов с поверхности воды, включающий просушивание высокопористых гидрофобных блоков в печи при температуре 300-400°C до постоянства веса блоков, после чего осуществляют их пропитку углеродосодержащей жидкостью до полного покрытия внешней поверхности высокопористых гидрофобных блоков и внутренней поверхности пор, затем осуществляют пиролиз в атмосфере инертного газа при температуре 700-900°C до полной графитизации поверхностного покрытия высокопористых гидрофобных блоков.

6. Способ по п. 5, в качестве углеродосодержащей жидкости используют трансмиссионное масло.

7. Способ по п. 5, в качестве инертного газа используют аргон.

8. Способ по п. 5, в котором просушивание высокопористых гидрофобных блоков проводят в течение 1-2 часов.

9. Способ по п. 5, в котором пиролиз проводят в течение 20-60 минут.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу очистки непроточных водоемов от нефтепродуктов и тяжелых металлов, загрязненных техногенными потоками водонефтяных эмульсий, поступающих от действующих многие годы предприятий нефтехимии и нефтепереработки.

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к созданию устройств, обеспечивающих экологически чистую среду пляжных мест и водозаборов.

Изобретение относится к охране окружающей среды при технической эксплуатации нефтяных подводных источников, например из скважин нефти и нефтепродуктов для локализации нефтяных утечек на открытых акваториях морей.
Изобретение относится к охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов. Болото, загрязненное нефтью и нефтепродуктами, в направлении движения устройства для сбора нефти и нефтепродуктов ограничивают по длине и ширине с образованием замкнутого участка.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для очистки подземных горизонтов от загрязнения нефтепродуктами. Устройство для сбора и откачки нефтепродуктов из подземного горизонта включает цилиндрическую камеру, выполненную в виде поплавка 1, погружной насос 2 с напорным трубопроводом 3 и приводом 4, а также полую монтажную штангу 5, внутри которой расположен напорный трубопровод 3.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано на нефтепромысле. Устройство для разделения нефтяной эмульсии включает цилиндрический корпус 1 с системой ввода эмульсии в виде трубчатого перфорированного коллектора 7 и патрубками вывода продуктов ее разделения 5, 6, установленный в продольном сечении корпуса 1 V-образный коалесцирующий пакет 15, систему сбора и вывода воды 3, 4, 21, датчики контроля уровня воды, систему контроля и управления открытием и закрытием системы вывода воды, перфорированную неполную перегородку 9, патрубок вывода газа 6, верхнюю сплошную наклонную поперечную перегородку 11, одинарный коалесцирующий пакет 10, нижнюю сплошную вертикальную перегородку 12, нижнюю вертикальную перфорированную в нижней части перегородку 13, нижнюю неполную перегородку 18, верхнюю вертикальную неполную перегородку 14, параллельные перегородки 16 со щелями 17 в нижней части от V-образного коалесцирующего пакета 15 до низа корпуса 1.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для локализации и сбора пятна нефти или нефтепродуктов, в том числе мощного его потока на любой водной поверхности.

Изобретение относится к устройству отбора более легкой фракции плавучей жидкости от более тяжелой фракции жидкости, такой как более легкой фракции плавучей нефти от более тяжелой фракции воды, при этом устройство включает в себя: плавучий отбирающий контейнер и крышку, расположенную над отбирающим контейнером, оставляя непрерывный паз свободным, причем открытие паза регулируют кольцом регулировки входного отверстия.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для упреждающей – профилактической защиты водного объекта от загрязнения жидкими углеводородами, а также при проведении сезонных защитных мероприятий.

Изобретение относится к технологиям очистки поверхности воды проточных водоемов, покрытых льдом, от нефтепродуктов. Способ установки бонового заграждения подо льдом проточного водоема для сбора нефтепродуктов включает вырезание во льду водоема прорезей и береговых майн, установку в одной береговой майне троса-утяжелителя с боновым заграждением и последующее натяжение троса под углом к динамической оси водного потока.
Группа изобретений относится к области органической химии и может быть использована для очистки почвы от масел, в том числе от нефти, мазута, топлив, углеводородов, жидкого топлива, а также для обработки и сбора нефти, масел, мазута, топлив, углеводородов и других нефтепродуктов с твердых поверхностей, например с внутренних поверхностей цистерн для хранения нефти или нефтепродуктов, оборудования, применяемого при добыче, переработке, транспортировке нефти, оборудования, применяемого для получения нефтепродуктов, бурового шлама, гравия, песка в хранилищах или с других твердых поверхностей.

Группа изобретений относится к технологии, веществам и устройствам, обеспечивающим локализацию испарений и/или пылеобразования при аварийных разливах и выбросах химически опасных веществ (ХОВ), хранении, перевозке и эксплуатации пылеобразующих веществ и поверхностей на период, достаточный для сбора, отгрузки, перевозки и ликвидации последствий аварийных разливов и выбросов.

Заявляемое изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, нанотехнологий и фотохимии и касается разработки фотополимеризующейся композиции для получения полимерного материала, обладающего трехмерной нанопористой структурой с гидрофобной поверхностью пор, одностадийного способа его получения и пористого полимерного материала с селективными сорбирующими свойствами и одностадийного формирования на его основе водоотделяющих фильтрующих элементов с заданной геометрией и требуемой механической прочностью, применяемых в устройствах для очистки органических жидкостей, преимущественно углеводородных топлив, масел, нефтепродуктов, от эмульгированной воды и механических примесей.

Изобретение относится к средствам для удаления нефтяных остатков и жировых пятен с приборов и оборудования, а также с кожи человека и касается салфетки. Салфетка содержит основу из полипропиленового материала и выполнена в виде плоского параллелепипеда, пропитанного гексадеканом или гептадеканом при коэффициенте насыщения 2-5.
Изобретение относится к магнитной жидкости на основе нефти и нефтепродуктов, предназначенной для очистки водоемов от нефти. Магнитная жидкость на основе нефти получена смешением 24 г хлорной или сернокислой соли трехвалентного железа с 12 г хлорной или сернокислой соли двухвалентного железа, свободных от механических примесей.
Изобретение относится к удалению проливов нефти и нефтепродуктов с поверхности воды или почвы, а также к очистке поверхностей от загрязнений нефтепродуктами. .
Изобретение относится к способу получения средства, способного связывать масло, при использовании высокопористого, натурального, силикатного материала и содержащего органику остаточного вещества.

Изобретение относится к биотехнологии и микробиологии. .
Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин. .

Изобретение относится к конструкции аппарата получения и хранения дистиллированной воды, используемой в медицинской, фармацевтической, биотехнической, электронной, химической и других отраслях промышленности.
Наверх