СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОРБИРУЮЩИХ СВОЙСТВ ЦЕОЛИТОВ ШИВЫРТУЙСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ, ОБРАБОТАННЫХ СИЛОЙ ТОКА И УЛЬТРАЗВУКОМ

Одной из главных проблем современного мира является – проблема предотвращения загрязнения окружающей среды нефтью и нефтепродуктами, что связано с активной деятельностью нефтяной промышленности. Разливы нефти и нефтепродуктов наносят весьма значительный урон окружающей среде акватории и прибрежных терри­торий, и именно по этой причине необходимо разработать эффективные мероприятия для их ликвидации.

К настоящему времени уже накоплен богатый опыт предотвра­щения и ликвидации разливов нефтепродуктов различных типов. Для ликвидации разливов углеводородов, особенно тяжелых, хорошо зарекомендовали себя минеральные и природные органические сорбенты. К таковым относятся цеолиты. Они являются природными адсорбентами, которые широко используются в различных отраслях промышленности, начиная от нефтехимии и заканчивая фармацевтической отраслью и сельским хозяйством. Геологи называют цеолит самым интеллекту­альным минералом, что предопределяет возможность их применения для ликвидации разливов нефтепродуктов в окружающей среде.

Для проведения исследования использованы образцы цеолитов, обработанные ультразвуком и силой тока.

Цеолиты, обработанные ультразвуком: Шивыртуйского место­рождения крупностью 1+0,5 и 0,5+0,2 мм, обработанные УЗО: 17*10³ Гц и 17*10⁴ Гц.

Ультразвук оказывает воздействие на кинетику протекания сорбционных процессов. Явления, вызываемые ультразвуком опреде­ленной частоты и интенсивности, главным образом кавитация, приводят к более полному раскрытию микропор в зернах сорбента и к полной очистке их поверхности, что неизбежно вызывает заметное увеличение сорбционной емкости сорбента. Ультразвук не только действует на поверхностные слои зерен сорбента, но и изменяет их капиллярную структуру, а также увеличивает компенсированные молекулярные силы на общей поверхности, включая и поверхность, «выстилающую» стенки микро - и макрокапилляров [5]

Цеолиты, обработанные током: Шивыртуйского месторождения крупностью 1+0,5 и 0,5+0,2 мм, обработанные силой: 5A и 7А.

Адсорбционные, ионообменные свойства природного цеолита, способность поглощать электрические заряженные частицы определяют широкий масштаб его использования в научных, технических и техно­логических целях. Установлено, что электроразрядная активация природных цеолитов способствует более эффективному поглощению примесей из воды, цеолиты проявляют барьерную роль в отношении ряда веществ: нефти и нефтепродуктов, бензола, фенола и др. [5]

Таким образом, основная задача эксперимента заключается в сравнении для дальнейшей оценки эффективности цеолитов как сорби­рующих нефтепродукт препаратов.

Существует три основных показателя эффективности сорбентов:

• сорбирующая способность (нефтеемкость) - способность вещества поглощать своим объемом жидкости и газы;
• влагоемкость - способность вещества поглощать и удерживать определенное количество влаги;
• плавучесть- способность вещества оставаться определенное время на плаву [3].

Оценка плавучести сорбента заключается в том, чтобы показать какое максимальное количество времени сорбент способен продер­жаться на поверхности воды. Опытным путем было доказано, что при проведении данных исследований цеолиты не держались на плаву в независимости от вида их обработки. Следовательно, при оценке эффективности цеолитов показателями их плавучести стоит пренебречь.

Оценка нефтеемкости проводилась на основе стандартной мето­дики, суть которой заключается в следующем. На вырезанные из кальки прокладки ( ) поместили навеску цеолита ( ), после чего взвесили на весах и погрузили в нефтепродукт (мазут), выдержали 10…15 минут, затем взвесили ( ). После чего избыток нефти стек естественным путем, а остаток взвешен ( ).

Тогда масса собранного мазута = -  -  характеризует массу нефти, поглощенной цеолитом.

Сорбционная способность рассчитывалась по формуле (1) согласно стандартной методике:

Сорбционная способность рассчитывалась по формуле (1):

                                                             (1)

где:   С – сорбционная способность, %;

Мн ср – масса нефтепродукта, поглощённая сорбентом (средняя), г;

Мс – масса сорбента, г.

Для проведения опыта цеолиты определённой массы, засыпались в чашки Петри на 10 минут, затем поднимались и взвешивались.

В результате измерений было установлено, что масса мазута ( ), поглощенной цеолитом Шивыртуйского месторождения, обработан­ного с силой тока: 5А и крупностью: 1+0,5 мм равна 6,4 грамм, Шивыртуйского месторождения, обработанного с силой тока: 5А и крупностью: 0,5+0,2 мм равна 9,8 грамм, Шивыртуйского месторожде­ния, обработанного с силой тока: 7А, крупностью: 1+0,5 мм – 5,6 грамм, Шивыртуйского месторождения, обработанного с силой тока: 7А, круп­ностью: 0,5+0,2 мм – 5 грамм; масса мазута (М_н), поглощенной цеолитом Шивыртуйского месторождения, обработанного ультразвуком: 17*10³ и крупностью: 1+0,5 мм равна 11 грамм, Шивыртуйского месторождения, обработанного ультразвуком: 17*10³ и крупностью: 0,5+0,2 мм равна 12,8 грамм, Шивыртуйского месторождения, обработан­ного ультразвуком: 17*10⁴, крупностью: 1+0,5 мм – 11,2 грамм, Шивыртуйского месторождения, обработанного ультразвуком: 17*10⁴, крупностью: 0,5+0,2 мм – 2,1 грамм.

В процессе испытаний разных видов сорбентов с использованием мазута получены следующие результаты:

Шивыртуйское месторождение 5А

Нефтеемкость цеолита крупностью: 1+0,5 мм: С = 6,4/5 * 100% = 128%;

Нефтеемкость цеолита крупностью: 0,5+0,2 мм: С = 9,8/5 * 100% = 196%;

Шивыртуйское месторождение 7А

Нефтеемкость цеолита крупностью: 1+0,5 мм: С = 5,6/5 * 100% = 112%;

Нефтеемкость цеолита крупностью: 0,5+0,2 мм: С = 5/5 * 100% = 100%;

Шивыртуйское месторождение 17*10³

Нефтеемкость цеолита крупностью: 1+0,5 мм: С = 11/5 * 100% = 220%;

Нефтеемкость цеолита крупностью: 0,5+0,2 мм: С = 12,8/5 * 100% = 256%.

Шивыртуйское месторождение 17*10⁴

Нефтеемкость цеолита крупностью: 1+0,5 мм: С = 11,2/5 * 100% = 224%;

Нефтеемкость цеолита крупностью: 0,5+0,2 мм: С = 2,1/5 * 100% = 42%.

По расчетным данным можно сделать вывод, что сорбционная спо­собность цеолитов Шивыртуйского месторождения крупность 0,5+0,2 мм обработки ультразвуком 17*10⁴ оказалась выше материалов, участвую­щих в эксперименте, и составила 1:2,56. Сорбенты Шивыртуйского месторождения крупностью 0,5+0,2 мм обработки током 7А и обработки ультразвуком17*10⁴ показали наименьшую эффективность, их сорбцион­ная способность оказалась не более 1:1 и 1:0,42 соответственно.

Оценка влагоемкости также проводилась на основе стандартной методики: навески цеолита весом по 15 г помещены в чашки разного диаметра, заполненные водой таким образом, чтобы в чашке самого большого диаметра слой цеолита составлял 3…5 мм. В следующих, с последовательно уменьшающимся диаметром, слой цеолита составил 5…7 мм, 10 мм, 20 мм, 30 мм соответственно.

Через три часа материалы извлечены из чашек и помещены в предварительно взвешенные на аналитических весах стаканы, что позволило оценить массу сырого цеолита.

Для расчета влагоемкость использована формула (2):

                                                       (2)

где:   С – сорбционная способность, %;

М – масса сорбента, г;

Мс – масса сырого сорбента, г.

Результаты измерений определения влагоемкости:

1. Шивыртуйское месторождение 5А

Влагоемкость цеолита крупностью: 1+0,5 мм: W = (9,5-5)/5 * 100% = 90%;

Влагоемкость цеолита крупностью: 0,5+0,2 мм: W = (9,1-5)/5 * 100% = 82%.

2. Шивыртуйское месторождение 7А

Влагоемкость цеолита крупностью: 1+0,5 мм: W = (8,1-5)/5 * 100% = 62%;

Влагоемкость цеолита крупностью: 0,5+0,2 мм: W = (9,4-5)/5 * 100% = 88%.

3. Шивыртуйское месторождение 17*103

Нефтеемкость цеолита крупностью: 1+0,5 мм: W = (11,5-5)/5 * 100% = 130%;

Нефтеемкость цеолита крупностью: 0,5+0,2 мм: W = (12-5)/5 * 100% = 140%.

4. Шивыртуйское месторождение 17*104

Нефтеемкость цеолита крупностью: 1+0,5 мм: W = (9,4-5)/5 * 100% = 88%;

Нефтеемкость цеолита крупностью: 0,5+0,2 мм: W = (12,1-5)/5 * 100% = 142%.

Сводные данные расчетов сорбционной емкости представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Характеристика результатов исследования

Таким образом, из представленных видов цеолитов самыми влагоемкими оказались Шивыртуйское месторождение, УЗО: 17*10³, крупность: 0,5+0,2 мм и Шивыртуйское месторождение, УЗО: 17*10⁴, крупность: 0,5 + 0,2 мм, их показатель равен 1:1,4 и 1:1,42 соответ­ственно.

Рисунок 1. Сравнение нефтеемкости и влагоемкости цеолитов крупностью 1+0,5 и 0,5+0,2, обработанных ультразвуком и силой тока

Опытным путем доказано, что плавучесть у цеолитов отсутствует.

Таким образом, результаты лабораторного эксперимента дока­зывают, что образцы Шивыртуйского месторождения, обработанные ультразвуком эффективнее, обработанных силой тока.

Исходя из полученных данных по основным параметрам эффективности, можно сделать вывод, что лучшим образцом при сравнении 2 видов обработки является Шивыртуйское месторождение крупностью 0,5+0,2 мм, обработанное частотой 17*10³.

Список литературы:

1. Каменщиков Ф.А. Удаление нефтепродуктов с водной поверхности и грунта / Ф.А. Каменщиков, Е.И. Богомольный. - М. – Ижевск. Институт компьютерных исследований, 2006. – 528 с.
2. Курносов А.Д. Защита внутренних водных путей и прибрежного шельфа морей от загрязнения нефтью и нефтепродуктами / А.Д. Курносов. – Новосибирск. Сибирское соглашение, 2005. – С. 94 – 104.
3. Каменщиков Ф.А. Нефтяные сорбенты / Ф.А. Каменщиков, Е.И. Богомольный. – М. – Ижевск. Институт компьютерных исследований, 2003. – 268 с.
4. Горожанкина Г.И. Сорбенты для сбора нефти: сравнительные характе­ристики и особенности применения / Г.И. Горожанкина, Л.И. Пинчукова. – М. Трубопроводный транспорт нефти, 2000. – С. 12–17.
5. Акишина С.С. Сравнительная характеристика сорбирующих свойств цеолитов разного вида обработки (сила тока, ультразвук) на примере образцов шивыртуйского месторождения. [Текст]: выпускная квалифика­ционная работа студента: защищена 11/07/2018/ Акишина Светлана Сергеевна. – Владивосток, 2018. –55 с.