Получены новые сорбционные материалы на основе лузги подсолнечника и шелухи гречихи. Исследована адсорбционная способность данных растительных сорбентов по отношению к легким и средним фракциям нефтепродуктов. Показано, что наибольшей эффективностью обладает материал из шелухи гречихи, последовательно обработанный концентрированной соляной кислотой и 33-прцентным раствором едкого натра. Данный модифицированный препарат по своим адсорбционным свойствам в отношении нефтепродуктов не уступает современным промышленным сорбентам.
Ключевые слова: лузга подсолнечника, шелуха гречихи, модификация полисахаридной матрицы, нефтепродукты, экология водных ресурсов, адсорбционная способность.
Одним из наиболее опасных экологических катастроф являются разливы нефти и продуктов на ее основе. Аварии на действующем нефтепроводе, автомобильном, железнодорожном, водном транспорте, а также на заводах сопровождаются попаданием нефти в почвы и водоемы, а также в подземные объекты [1, с. 31–32]. В связи с расширением областей применения нефти и нефтепродуктов все большее количество попадает в океаны, моря, реки, озера. Существуют различные способы ликвидации разливов нефтепродуктов: с помощью механических средств, сорбционными, рассеивание пленок из нефтепродуктов химическими или биологическими препаратами, сжиганием на поверхности водоемов и др. [2, с 10].
Сорбционный метод является одним из наиболее рациональных и эффективных методов, применяемых для ликвидации нефтяных разливов. Он позволяет быстро и эффективно удалять загрязнения чрезвычайно широкой природы практически до любой остаточной концентрации независимо от их химической устойчивости [3, с. 107].
В последнее время широкое распространение получило использование растительных сорбентов, полученных из древесных опилок, листового опада, скорлупы орехов, шелухи крупяных культур [4]. Каждый регион в зависимости от специфики промышленности, географического положения, климатических условий имеет крупные запасы того или иного растительного отхода, который в большинстве случаев сжигается (что ухудшает экологическое состояние атмосферного воздуха). В республике Башкортостан таким многотоннажным сырьем являются отходы переработки подсолнечника и гречихи, общее количество которых составляет более 600 т / год. Использование данных отходов для получения сорбентов для удаления нефтепродуктов позволит не только получить эффективные материалы, но и одновременно связать их экологически безопасную ликвидацию с рациональным применением [5, с. 32–6, с. 12]..
В данной работе исследована возможность применения сорбционных материалов на основе растительного сырья (лузга подсолнечника, шелуха гречихи), полученные путем кислотно-щелочной и низкотемпературной обработки. В зависимости от условий модификации исходного сырья были получены различные материалы, с различными сорбционными характеристиками.
Экспериментальная часть
Для получения различных сорбционных материалов исходное сырье промывалось с целью удаления растворимых полисахаридов, липидов и красящих веществ водным раствором этанола (1:1) и горячей дистиллированной водой. В дальнейшем проводилось замачивание в концентрированной соляной кислоте с последующей обработкой концентрированным раствором едкого натра (кислотно-щелочной сорбент), либо кипячением в 4- % растворе гидроксида натрия, после чего производили заморозку материала при -20 0С с последующей дефростацией острым паром (низкотемпературный сорбент).
Рис.1. Способы получения сорбентов на основе лузги подсолнечника и плодовых оболочек гречихи
Полученные препараты впоследствии тщательно промывали дистиллированной водой, высушивали в сушильном шкафу при температуре + 100 0С до постоянной массы. Высушенный материал измельчался до частиц размером 1–2 мм. Сорбционную активность образцов лузги подсолнечника и шелухи гречихи по отношению к растворенным загрязнителям исследовали фотоколориметрическим методом.
Обсуждение результатов
Для изучения сорбции растворимых нефтепродуктов были использованы полученные материалы образцы с различными характеристиками и определены параметры сорбции. Сорбция нефтепродуктов проводилась путем контактирование 50 мл раствора нефтепродуктов легкой и тяжелой фракций (бензин, керосин, дизельное топливо) с сорбентами (0,5 г) в конических колбах. Содержание нефтепродуктов в растворе анализировали до и после сорбции колориметрическим методом [2]. Модельные растворы готовили путем взбалтывания в делительной воронке дистиллированной воды с избытком нефтепродукта с последующим отстаиванием и отделением водной фазы. Полученные результаты эксперимента позволили рассчитать величину статической емкости сорбентов (СОЕ), степень извлечения загрязнителя из воды (Е) и коэффициент распределения (К) [7]..
Статическая обменная емкость вычисляли по формуле:
(1)
Степень извлечения загрязнителя из воды:
(2)
Коэффициент распределения (К), т. е. отношение концентрации нефтепродукта, содержащегося в сорбенте, к его концентрации в растворе
(3)
где СОЕ — статическая обменная емкость, мг/г;
g –масса сухого сорбента, г;
V — объем приливаемой к сорбенту воды, л;
Сисх.– концентрация в исходной воде, г/г;
Сравн.–равновесная (остаточная) концентрация в фильтрате, устанавливающаяся в воде
Таблица 1
Сорбционные характеристики полученных образцов
|
№ |
Сорбция керосина |
Сорбция бензина |
Сорбция дизельного топлива |
||||||
|
Е, % |
СОЕ |
К |
Е, % |
СОЕ, мг/г |
К |
Е, % |
СОЕ, мг/г |
К |
|
|
1 |
57.6 |
3.7 |
0.132 |
51.4 |
5.7 |
0.106 |
66.4 |
16.2 |
0.197 |
|
2 |
60.0 |
3.9 |
0.150 |
67.6 |
7.5 |
0.208 |
66.0 |
16.0 |
0194 |
|
3 |
73.8 |
4.8 |
0.282 |
77.5 |
9.3 |
0.342 |
85.7 |
20.9 |
0.297 |
|
4 |
65.7 |
4.2 |
0.244 |
57.1 |
6.6 |
0.147 |
61.9 |
15.1 |
0.162 |
|
5 |
18.5 |
1.2 |
0.023 |
23.4 |
2.6 |
0.031 |
52.1 |
12.7 |
0.109 |
|
6 |
58.4 |
3.8 |
0.141 |
56.2 |
6.3 |
0.135 |
68.1 |
17.0 |
0.212 |
Примечание:
1. Лузга подсолнечника, подвергнутая кислотно-щелочной обработке
2. Лузга подсолнечника, подвергнутая низкотемпературной обработке
3. Шелуха гречихи, подвергнутая кислотно-щелочной обработке
4. Шелуха гречихи, подвергнутая низкотемпературной обработке
5. Уголь активированный медицинский марки БАУ (для сравнения)
6. Сорбент торфяной «Сорбонафт»
На основе изучения кинетики сорбции нефтепродуктов в статических условиях установлено, что наибольшей сорбционной емкостью обладает сорбент, полученный на основе шелухи гречихи, подвергнутой низкотемпературной обработке, который превосходит по сорбции нефтепродуктов промышленный торфяной сорбционный материал «Сорбонафт» в среднем на 30 %. При этом нами был сделан вывод, что на процесс сорбции влияют вид исходного сырья и структура пор сорбента, которая определяется, главным образом, условиями модификации. Изотермы сорбции нефтепродуктов (керосина), полученные в статических условиях, свидетельствуют о высокой сорбционной способности кислотно-щелочной гречишной шелухи.
Рис. 2. Изотерма сорбции керосина шелухой гречихи, подвергнутой низкотемпературной обработке и торфяного сорбента «Сорбонафт»
Таким образом, исследования сорбционной способности модифицированных лузги подсолнечника и шелухи гречихи, показали, что наибольшей эффективностью обладает шелуха гречихи, подвергнутая кислотно-щелочной обработке. Данный образец имеет наибольшие параметры адсорбции нефтепродуктов, превосходящие таковые для промышленного сорбента «Сорбонафт» на 30 %. Это дает широкие возможности для получения дешевых экологически чистых сорбентов из отходов переработки растительных культур.
Литература:
1. Карелин Я. А., Попова И. А., Евсеева Л. А. и др. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов — М.: Стройиздат, 1982.
2. Роев Г. А., Юфин В. А. Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов — М.: Недра, 1987.
3. Стахов Е. А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов — Л.: Недра, 1983.
4. Роев Г. А. Очистные сооружения. Охрана окружающей среды — М.: Недра,1993.
5. Родионов А. И., Клушин В. П., Торочешников И. С. Техника защиты окружающей среды. Учебник для вузов — М.: Химия, 1989.
6. Очистка производственных сточных вод: учебное пособие для вузов/ Под. ред. Яковлева С. В. — М: Стройиздат, 1985.
