Влияние степени дисперсности торфа на его сорбционные свойства

На сегодняшний день диспергированный торф не находит широкого применения, в отличие от не диспергированного торфа, который может применяться в качестве сорбента. Проведены исследования по изучению возможности использования диспергированного торфа как сорбента для маслопродуктов.

Ключевые слова: диспергированный торф, сорбция маслопродуктов.

На сегодняшний день, темп добычи нефти возрастает. Так, за 2013 год добыча выросла на 5,2 млн. тонн относительно уровня 2012 г. и составила 523,5 млн. тонн, а с 2008 г. прирост составил около 36 млн. тонн нефти в год. [8, с. 8]. Как результат на урбанизированных территориях возрастает количество нефтепродуктов, которые являются потенциальными загрязнителями окружающей среды.

Наше внимание привлекли территории, расположенные вблизи станций технического обслуживания и гаражных кооперативов в связи с тем, что они являются зонами повышенной загрязненности маслопродуктами. Как известно, отработанные масла, сливаемые с автомобилей, в большей мере утилизируются, так как относят ко 2 или 3 классу опасности и содержат тяжёлые металлы и продукты окисления масла. Этого нельзя сказать о масляных фильтрах, содержащих изрядное количество маслопродуктов, но на сегодняшний день приравненных к бытовым отходам.

В проведенном нами исследовании в качестве сорбируемого вещества были выбраны отработанные маслопродукты, так как в условиях городской среды они наравне с дизельным топливом и бензином является основным источником нефтяного загрязнения. Для удаления подобных загрязнений в литературных источниках описывается несколько вариантов сорбентов. В одном из них предлагался к использованию сорбент следующего состава: торф, как основное вещество 95 %-99,5 %, и от 5 % до 0,05 % гуматов металлов (II) в качестве модификатора. Данный сорбент экологически безопасен, так как модификатор можно получать непосредственно из торфа. Степень извлечения нефтепродуктов (в том числе из воды), в этом случае включая отработанные масла, составляет от 91,6 % до 99,6 % [3]. В других случаях, так как торф имеет развитую структуру, не нарушенную разложением, способствующую лучшей сорбции нефтепродуктов, возможно использование его, но желательно верхового. В качестве другой модификации торфа возможно высушивание его при температуре 100–120⁰С. Такой сорбент обладает высокой селективностью по отношению к системе нефтепродукты — вода (95–98 %), и удельной ёмкостью до 10 грамм нефти на 1 грамм сорбента [4].

В настоящее время основными областями применения торфа являются малая энергетика, и сельское хозяйство. Диспергированный торф в основном используется в качестве природного удобрения либо, довольно ограниченно, в качестве теплоизоляционной массы [5, 6].

Торф можно использовать в качестве сорбента в связи с тем, что любой сорбент должен иметь развитую поверхность, на которой будет происходить сорбция или иметь обменные группы для проведения обменной сорбции. Торф, как вещество природного происхождения имеет переменный состав, следовательно, непостоянную структуру поверхности. Так, например, радиус пор может колебаться от 0.9 нм. до 10 нм [1, c. 23]. Он может сорбировать не только за счёт пор, но и при помощи гидрофобных и гидрофильных участков. Благодаря сходству гидрофобных участков с нефтепродуктами в воде образуются слабые связи (Ван-дер вальсовые), что и обеспечивает сорбцию углеводородов [2, с. 38–40]. Ещё одной причиной сорбции нефтепродуктов в воде является влияние воды на структуру торфа, а именно: из-за того что торф представляет собой сложную матрицу, структура которой может включать в себя воду. При использовании торфа с низким содержанием воды при попадании в воду происходят различные изменения. Молекулы воды стремятся образовать связи с макромолекулами торфа, составными частями матрицы, и в процессе гидратации часть молекул через микропоры проникают вглубь структуры торфа. Там они образуют связи с макромолекулами, частично разрушая внутреннюю структуру матрицы, что ведёт к образованию новых пор и увеличения диаметра старых. В результате преобладающим видом пор в торфе станут макропоры, через которые легко могут проникнуть внутрь структуры торфа макромолекулы, например молекулы нефтепродуктов [1, с. 22–36].

В проводимом нами исследовании использовался торф Кузьминского месторождения. В связи с тем, что диспергированный и низовой торф имеют разные показатели влажности, то вначале был проведён гравиметрический анализ для установления этого параметра. Исходя из результатов анализа можно рассчитать, что для того чтобы взять 1г сухого торфа на 1дм³ воды необходимо взять 1,314 г низового торфа и 13,32 см³ диспергированного торфа.

Для проверки сорбционных свойств диспергированного торфа была проведена серия экспериментов, включающая в себя химическое потребление кислорода (ХПК) методом титрования, предложенным в патенте РФ № 2123691 [7]. Так как торф является полезным ископаемым органического происхождения, то в торфяной вытяжке будут содержаться органические вещества. Поэтому было определено содержание данных веществ в торфяных вытяжках, приготовленных из расчёта 0,1314 г низового торфа и 1,332 см³ диспергированного торфа на 100 см³ воды, и в дальнейшем отфильтрованных на бумажном фильтре типа «синяя лента». В ходе эксперимента был приготовлен раствор, имитирующий загрязнённую воду, из расчёта 1 капля масла на 1дм³ дистиллированной воды. В последующем было определено содержание органических веществ в данном растворе. В заключение были приготовлены растворы сходные с торфяной вытяжкой, с той лишь разницей, что вместо дистиллированной воды использовался раствор имитирующий загрязнение. Далее был определён ХПК полученных растворов. Все результаты по ХПК представлены в таблице 1.

Таблица 1

Химическое потребление кислорода растворов

V_б — объём дихромата на холостое титрование, см³;

V_м — объём соли Мора на холостое титрование, см³;

C_м — концентрация соли Мора, моль/дм³ эквивалент;

V_мт — объём соли Мора на титрование образца, см³;

ХПК — химическое потребление кислорода, мгО/дм³;

Анализ сорбционных свойств низового и диспергированного торфа определялось путем сравнения полученных результатов. Если суммарное значение ХПК модельного раствора вкупе с ХПК торфяной вытяжки больше, чем значение ХПК раствора после сорбции, и эта разница превышает значение погрешности данного метода, то можно утверждать, что данный образец торфа обладает сорбционным свойствами по отношению к отработанным индустриальным маслам. Полученные нами данные показывают, что разница в значениях ХПК для низового торфа равна 9,23 мгО/дм³, а для диспергированного торфа 1,66 мгО/дм³. Сравнение разницы значений у диспергированного торфа оказалось меньше погрешности измерений. Поэтому нами не рекомендуется использовать диспергированный торф в качестве сорбентом по отношению к отработанным индустриальным маслам.

Литература:

1.         Гамаюнов Н. И. Гамаюнов С. Н. Современные аспекты физики торфа [Текст] // Н. И. Гамаюнов С. Н. Гамаюнов. -Труды инсторфа. -2012. № 6 (59). -С. 22–36.

2.         Испирян С. Р. Особенности сорбционного взаимодействия торфа и нефте-маслопродуктов [Текст] // С. Р. Испирян. -Труды инсторфа. -2012. № 5 (58). -С. 38–40.

3.         Патент РФ № 2124397 МПК B01J20/22 Адсорбент для очистки от нефтепродуктов/ Гофман Я. А., Колесников Ю. В., Батура Ю. И., и др. Дата подачи заявки: 15.04.1997. Дата публикации: 10.01.1999.

4.         Патент РФ № 2219134 МПК C02F1/28, B01J20/22 Способ очистки водной поверхности от нефтяных загрязнений/ Алексеева Т. П., Бурмистрова Т. И., Перфильева В. Д. Дата подачи заявки: 13.05.2002. Дата публикации: 20.12.2003.

5.         Патент РФ № 2123691 МПК G01N33/00 Способ определения химического потребления кислорода в системе оборотного водоснабжения производства фенола, этилбензола, изопропилбензола/ Терентьев В. С., Анфиногенова Т. С., Гальченко Е. П., и др. Дата подачи заявки: 30.06.1997. Дата публикации: 20.12.1998.

6.         Патент РФ № 2242445 МПК C05F11/02 Способ получения биостимулятора из торфа и биостимулятор из торфа/ Ломовский О. И., Юдина Н. В., Зверева А. В. Дата подачи заявки: 17.01.2002. Дата публикации: 20.03.2004.

7.         Патент РФ № 2333173 МПК A61N5/02, A61N1/16Теплоизоляционная масса/ Цахилов В. Д. Дата подача заявки: 10.08.2006. Дата публикации: 10.09.2008.

8.         Эдер Л. В., Филимонова И. В., Проворная И. В., Немов В. Ю. Основные проблемы инновационного развития нефтегазовой отрасли в области добычи нефти и газа [Текст] // Л. В. Эдер, И. В. Филимонова, И. В. Проворная., В.Ю Немов. Бурение и нефть. -2014. № 04. -С. 8–10.