Аварийные разливы нефти продолжают оставаться одной из наиболее значимых экологических проблем, оказывающих комплексное воздействие на природные системы различного уровня организации. Попадание углеводородов в окружающую среду сопровождается нарушением естественных процессов самоочищения, ухудшением состояния водных и почвенных экосистем, а также длительным токсическим воздействием на живые организмы. Особую опасность представляют водные загрязнения, при которых нефтяная плёнка препятствует газообмену между атмосферой и гидросферой, изменяя условия существования биоты и нарушая устойчивость экосистем [1].

В рамках современных подходов к ликвидации подобных загрязнений значительное внимание уделяется сорбционным технологиям, основанным на применении материалов, способных эффективно извлекать и удерживать углеводороды из окружающей среды. Данный метод рассматривается как один из наиболее универсальных, поскольку может быть применён как в условиях открытых водоёмов, так и на почвенных поверхностях, при этом обеспечивая сравнительно быстрое снижение концентрации загрязняющих веществ. Эффективность сорбционного процесса определяется совокупностью факторов, среди которых ключевую роль играют структурные характеристики материала, его пористость, развитость поверхности и способность к взаимодействию с неполярными жидкостями [2]- [3].

В последние годы активно исследуются сорбенты на основе природных компонентов, в частности целлюлозосодержащих материалов, которые сочетают в себе экологическую безопасность, доступность сырья и высокую функциональность. Их волокнистая структура формирует сложную систему поровых каналов, обеспечивающих эффективное проникновение нефтепродуктов внутрь материала. При этом процесс удержания углеводородов осуществляется одновременно за счёт капиллярных сил и поверхностных взаимодействий, что существенно повышает общую сорбционную способность системы [4]. Дополнительным преимуществом таких материалов является возможность их модификации с целью изменения гидрофильно-гидрофобного баланса и увеличения нефтеёмкости.

Настоящая работа направлена на сравнительный анализ сорбционных свойств двух целлюлозно-минеральных материалов различной структурной организации, а также на выявление влияния морфологии на их способность к поглощению нефти. Рассматриваемые образцы отличаются степенью уплотнения и характером внутреннего строения, что предполагает различия в механизмах взаимодействия с нефтепродуктами.

В качестве исследуемых объектов использовались два типа сорбентов (рис. 1, 2), один из которых характеризуется плотной прессованной структурой с ограниченной доступностью внутреннего объёма, тогда как второй обладает рыхлой, волокнистой организацией с выраженной пористостью и развитой системой капилляров. Подобные различия в морфологии позволяют предположить существенные расхождения в их сорбционной эффективности при контакте с нефтью.

Рис. 1. Сорбент 1 (спрессованный сухой скоб серый)

Рис. 2. Сорбент 2 (рубленная гильда крупная коричневая)

Экспериментальная часть исследования была основана на стандартной методике определения нефтеёмкости, заключающейся в насыщении сорбента углеводородной жидкостью до достижения предельного состояния поглощения. В ходе эксперимента навеска материала фиксированной массы (2 г) помещалась в лабораторную ёмкость, после чего нефть вводилась постепенно малыми порциями для обеспечения равномерного распределения по объёму сорбента и предотвращения локального перенасыщения. Процесс продолжался до момента, когда дальнейшее добавление жидкости переставало приводить к её поглощению материалом, что свидетельствовало о достижении предельной сорбционной ёмкости системы.

После завершения насыщения образцы выдерживались в течение установленного времени (10 минут) для стабилизации внутреннего распределения жидкости и завершения процессов её перераспределения в поровой структуре. Затем проводилось взвешивание, на основании которого определялась масса поглощённой нефти и рассчитывался показатель нефтеёмкости по формуле 1:

(1),

где — масса отработанного сорбента, г.;

— исходная масса сорбента, г.

Данный подход является общепринятым в практике оценки сорбционных материалов и позволяет получать сопоставимые результаты при сравнительном анализе различных систем.

Результаты исследования сорбирующей способности представлены в таблице 1.

Таблица 1

Экспериментальные данные

Результаты экспериментальных исследований показали выраженную зависимость сорбционной способности от структурных особенностей материала (рис. 3, 4). Установлено, что образец с развитой пористой и волокнистой структурой демонстрирует существенно более высокую нефтеёмкость, достигающую 23,75 г/г, тогда как для плотного прессованного материала данный показатель составляет 6,27 г/г. Таким образом, различие в эффективности превышает трёхкратное значение, что указывает на принципиальную роль морфологии в процессах сорбции.

Анализ полученных результатов позволяет интерпретировать выявленные различия через особенности внутреннего строения материалов. Высокая эффективность второго образца обусловлена наличием разветвлённой системы капиллярных каналов, обеспечивающих интенсивное втягивание нефтепродуктов вглубь структуры. Существенную роль играет также увеличенная удельная поверхность, которая способствует усилению межфазного взаимодействия и увеличению количества активных центров удержания жидкости. В совокупности эти факторы формируют условия для максимального заполнения порового пространства углеводородами.

Рис. 3. Сорбирующая способность сорбента 1

Рис. 4. Сорбирующая способность сорбента 2

В противоположность этому, плотная структура первого сорбента ограничивает проникновение жидкости во внутренние слои материала, вследствие чего процесс сорбции локализуется преимущественно на поверхности. Это приводит к недоиспользованию внутреннего объёма и снижению общей эффективности материала. Подобное поведение соответствует общим закономерностям массопереноса в пористых средах, где доступность внутренней структуры играет определяющую роль в формировании сорбционной ёмкости [3].

Полученные данные подтверждают, что управление структурной организацией сорбционных материалов является ключевым направлением повышения их эффективности. Формирование развитой пористой системы позволяет существенно увеличить нефтеёмкость без необходимости значительного изменения химического состава материала, что особенно важно с точки зрения технологической и экономической целесообразности [5].

Таким образом, проведённое исследование демонстрирует, что сорбционная способность целлюлозно-минеральных материалов напрямую зависит от их структурных характеристик, а именно степени пористости и развитости волокнистой матрицы. Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых сорбционных систем, ориентированных на повышение эффективности ликвидации нефтяных загрязнений и снижение экологической нагрузки на природные экосистемы.

Литература:

1. Ликвидация разливов нефти с использованием сорбентов / А. П. Спиридонова, А. А. Гребёнкин, А. Н. Гребенкин, А. А. Гребёнкин. — Текст: непосредственный // Вестник молодых ученых СПБГУПТД. — 2023. — № 3. — С. 46–52.
2. Спиридонова, А. П. Ликвидации разливов нефтепродуктов целлюлозосодержащим сорбентом / А. П. Спиридонова, А. Н. Гребёнкин. — Текст: непосредственный // Инновации молодежной науки. Тезисы докладов всероссийской научной конференции молодых ученых с международым участием. — 2023. — № 1. — С. 132–134.
3. Спиридонова, А. П. Изучение свойств целлюлозного сорбента / А. П. Спиридонова, А. Н. Гребенкин, А. А. Гребёнкин. — Текст: непосредственный // Вестник молодых ученых СПБГУПТД. — 2024. — № 3. — С. 130–133.
4. Механизмы сорбции нефти и нефтепродуктов целлюлозосодержащими волокнистыми сорбентами / А. П. Спиридонова, А. Р. Дункабаш, А. Н. Гребенкин, А. А. Гребенкин. — Текст: непосредственный // Вестник СПБГУПТД. — 2025. — С. 105–108.
5. Спиридонова, А. П. Сорбционная очистка акватории черного моря от аварийных разливов мазута М100 / А. П. Спиридонова, А. А. Гребёнкин, А. Н. Гребенкин. — Текст: непосредственный // XXXIV Всероссийская научно-практическая конференция «Современные проблемы экологии» Сборник докладов. Тула, 2025. — 2025. — С. 29–31.