Способ получения сорбента нефтепродуктов

 

Изобретение относится к способу изготовления высокоемких сорбентов нефтепродуктов с заданными свойствами и может быть использовано в промышленной технологии производства сорбентов различного назначения. Сущность изобретения заключается в том, что волокнистый материал разной природы обрабатывают растворами активных веществ определенной исходной концентрации в течение определенного времени. Процесс пропитки и сушки сорбента проводят без нагревания. 1 табл.

Изобретение относится к технологии производства сорбентов разного состава и формы, которые можно использовать для очистки почвы, воды от нефтепродуктов способами сбора с поверхностей и фильтрации.

Необходимость очистки сточных и технологических вод, а также глубокой очистки воды, связанная с производством электронных приборов, микропроцессоров, веществ особой чистоты и просто питьевой воды, определяет актуальность проблем технологии изготовления сорбентов. В то же время сорбционная способность материала зависит от технологии его приготовления.

Известен способ приготовления сорбентов термообработкой смеси базальтового волокна, горного воска (парафина), диметилдихлорсилана (полиорганогидридсилоксана) при 160-200^oC, который не обеспечивает воспроизводимость емкости абсорбента по нефтепродуктам. Кроме того, этот способ включает энергоемкую, экологически напряженную, дорогостоящую по материалу и оборудованию химическую технологию (1).

По технической сущности к предлагаемому наиболее близок способ получения сорбента обработкой торфа водным раствором соли алифатического амина при 80-90^oC (2). Значительным недостатком известного способа (авт. св. N 704903) является энергоемкая и дорогостоящая технология приготовления сорбента из-за неудачного выбора растворителя. Технология предусматривает нагревание субстрата до 90^oС, применение вакуумной техники и в то же время она не обеспечивает высокую емкость поглощения углеводородов основной параметр сорбента.

Задача изобретения увеличение сорбционной способности (емкости) сорбента по отношению к нефти и нефтепродуктам и уменьшение расхода активного вещества в сорбенте.

Поставленная цель достигается тем, что волокнистый материал-носитель с развитой пористой поверхностью обрабатывают (пропитывают) активным сорбирующим веществом в растворе органического растворителя при исходной концентрации 0,1-1,0 мас. нормальной температуре в течение 10-60 мин. Положительный эффект способа получения сорбента нефти и нефтепродуктов достигается тем, что технологический процесс пропитки пористого материала активным веществом проводят в среде органического растворителя при концентрации вещества в растворе от 0,1 до 1,0 мас. в течение 10-60 мин без нагревания.

Для решения поставленной задачи использованы в качестве пористых носителей хлопковый, синтетический листовой материал, хлопковые и синтетические волокна отход текстильной промышленности, в качестве активных сорбирующих веществ фракции алкилкарбоновых кислот С₁₀-C₁₆, C₁₇-C₂₀, C₂₀-C₂₅, их алкиловые эфиры, алифатические спирты C₁₀-C₁₈, парафин, полибутадиен, полиизобутилен, полиизопрен, атактический полипропилен, а в качестве растворителя пентан, гексан, широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ), хлороформ, четыреххлористый углерод, петролейный эфир, бензин.

Сорбент изготавливают в соответствии со следующим технологическим регламентом.

Методика получения сорбента с заданными свойствами.

В герметическую емкость, содержащую раствор активного вещества с определенной исходной концентрацией (таблица), погружают образец волокнистого материала-носителя с определенной массой m_o, расположенный на металлической сетке. Образец выдерживают в растворе в течение 10-60 мин при нормальной температуре. Обработанный таким образом материал из емкости пропитки вместе с сеткой перемещают в сушильную камеру, снабженную слабой вентиляцией или воздуходувкой. Высушенный до постоянного веса образец сорбента взвешивают (m) и определяют в нем содержание активного вещества (C): (1) Испаренный растворитель после сушки сорбента конденсируют в ловушке и возвращают в емкость пропитки носителя. На выходе ловушки устанавливают фильтр для поглощения следов растворителя. Оставшийся в емкости раствор активного вещества используют для пропитки нового образца носителя, доводя его объем и концентрацию в нем активного вещества до необходимых исходных значений. В зависимости от выбранных исходной концентрации раствора и времени пропитки получают сорбент с заданной емкостью (таблица).

Определение концентрации активного вещества в растворе после пропитки носителя.

Для анализа из емкости берут аликвотное количество раствора V_a, с плотностью d, помещают его в колбу с массой m₁, растворитель испаряют до постоянного веса (m₂), концентрацию активного вещества рассчитывают: (2) Расчет количества растворителя, которое нужно добавить в емкость пропитки для получения исходной необходимой концентрации активного вещества С (если C₁>C) в растворе: (3) где V₁ объем оставшегося после пропитки раствора активного вещества, мл; V₂ объем растворителя, который нужно добавить, мл; V_a аликвотное количество раствора активного вещества, взятое на пробу, мл; C₁ концентрация оставшегося раствора активного вещества в емкости после пропитки образца, мас.

C концентрация необходимого исходного раствора активного вещества, мас.

Расчет количества активного вещества, которое нужно добавить в емкость пропитки для получения исходной необходимой концентрации активного вещества С (если C₁<C) в растворе:
(4)
где m_a масса активного вещества, необходимая для получения исходной концентрации раствора, г;
C исходная концентрация для пропитки, мас.

C₁ концентрация оставшегося раствора активного вещества в емкости после пропитки образца, мас.

V₁ объем оставшегося раствора активного вещества после пропитки образца, мас.

V_a аликвотное количество раствора активного вещества, взятое на пробу, мл;
d плотность раствора после пропитки образца, г/cм³.

Пример 1. В емкости пропитки загружают 1 кг хлопкового волокнистого материала в форме мата, добавляют 11,0 л 0,3%-ного раствора алкилкарбоновых кислот C₁₇-C₂₂ в хлороформе. Материал выдерживают в растворе 30 мин без нагревания. Пропитанный материал на сетке переносят в сушильную камеру, в которой растворитель испаряют медленно без нагревания до постоянного веса мата. Получают сорбент с содержанием алкилкарбоновых кислот 3,8 мас. и сорбционной емкостью по нефти с поверхности воды 48,9 кг нефти на 1 кг сорбента. Гидрофобность сорбента составляет 99,8%
Результаты таблицы показывают, что предлагаемая технология изготовления пористых волокнистых сорбентов исключает нагрев и сложное технологическое оборудование, она неэнергоемкая. Вместе с тем предлагаемая технология при помощи таких параметров, как исходная концентрация и состав активного вещества, продолжительность процесса, природа волокнистого материала, позволяет управлять процессом нанесения активного вещества на разветвленную поверхность носителя и получать сорбенты с заданными сорбционными свойствами. При малом содержании активного вещества в структуре волокнистого материала сорбенты характеризуются высокой емкостью, до 45-50 кг нефти на 1 кг сорбента. Технология обеспечивает гидрофобность сорбента. Приведенный пример показывает, что разработанная технология хорошо воспроизводится в процессе приготовления больших количества сорбентов.

Пример 2. В емкости пропитки загружают 20 г хлопкового волокнистого материала в форме мата, добавляют 1 л 0,1%-ного раствора тетрадецилового спирта в петролейном эфире. Материал выдерживают в растворе 50 мин без нагревания. Пропитанный материал на сетке переносят в сушильную камеру, в которой растворитель испаряют медленно без нагревания до постоянного веса мата. Получают сорбент с содержанием активного вещества 1,17 мас. и сорбционной емкостью по нефти с поверхности воды 35,1 г/г. Гидрофобность сорбента 98%
Пример 3. В емкости пропитки загружают 30 г хлопкового волокнистого материала в форме мата, добавляют 1,4 л 0,3%-ного раствора бутилового эфира стеариновой кислоты в гексане. Материал выдерживают в растворе 60 мин без нагревания. Пропитанный материал на сетке переносят в сушильную камеру, в которой растворитель испаряют медленно без нагревания до постоянного веса мата. Получают сорбент с содержанием активного вещества 5,11 мас. и сорбционной емкостью по нефти с поверхности воды 46,6 г/г.

Пример 4. В емкость пропитки загружают 20 г волокнистого материала - нитрона в форме мата, добавляют 0,7 л 0,2%-ного раствора атактического полипропилена в бензине. Материал выдерживают в растворе 4 ч без нагревания. Пропитанный материал на сетке переносят в сушильную камеру, в которой растворитель испаряют медленно без нагревания до постоянного веса мата. Получают сорбент с содержанием активного вещества 1,6 мас. и сорбционной емкостью по нефти с поверхности воды 35,7 г/г.

Пример 5. В емкость пропитки загружают 20 г нитрона в форме мата, добавляют 0,7 л 0,8%-ного раствора парафина в ШФЛУ (углеводородной смеси). Материал выдерживают в растворе 6 ч без нагревания. Пропитанный материал на сетке переносят в сушильную камеру, в которой растворитель испаряют медленно без нагревания до постоянного веса мата. Получают сорбент с содержанием активного вещества 4,71 мас. и сорбционной емкостью 46,1 г/г.

Пример 6. В емкость пропитки загружают 80 г волокнистого материала - лавсана в форме мата, добавляют 3,8 л 0,2%-ного раствора эфиров жирных кислот в петролейном эфире. Материал выдерживают в растворе 1/6 ч (10 мин) без нагревания. Пропитанный материал на сетке переносят в сушильную камеру, в которой растворитель испаряют медленно без нагревания до постоянного веса мата. Получают сорбент с содержанием активного вещества 3,7 мас. и сорбционной емкостью по нефти с поверхности воды 29 г/г.

Пример 7. В емкость пропитки загружают 50 г хлопкового волокнистого материала в форме мата, добавляют 1,7 л 0,1%-ного раствора жирных кислот C₁₀-C₂₅ в четыреххлористом углероде. Материал выдерживают в растворе 2/3 ч (40 мин) без нагревания. Пропитанный материал на сетке переносят в сушильную камеру, в которой растворитель испаряют медленно без нагревания до постоянного веса мата. Получают сорбент с содержанием активного вещества 1,19 мас. и сорбционной емкостью по нефти с поверхности воды 36,3 г/г.

Пример 8. В емкость пропитки загружают 20 г нитрона в форме мата, добавляют 1,3 л 0,29%-ного раствора изопренового каучука в хлороформе. Материал выдерживают в растворе 1 ч без нагревания. Пропитанный материал на сетке переносят в сушильную камеру, в которой растворитель испаряют медленно без нагревания до постоянного веса мата. Получают сорбент с содержанием активного вещества 2,2 мас. и сорбционной емкостью по нефти с поверхности воды 30 г/г.

Пример 9. В емкость пропитки загружают 100 г хлопкового волокнистого материала в форме мата, добавляют 2,1 л 1,0%-ного раствора жирных кислот С₁₀-C₂₅ в пентане. Материал выдерживают в растворе 1 ч без нагревания. Пропитанный материал на сетке переносят в сушильную камеру, в которой растворитель испаряют медленно без нагревания до постоянного веса мата. Получают сорбент с содержанием активного вещества 15,73 мас. и сорбционной емкостью по нефти с поверхности воды 35,2 г/г.

Формула изобретения

Способ получения сорбента, нефтепродуктов, включающий обработку носителя раствором активных органических веществ, отличающийся тем, что в качестве носителя используют волокнистый натуральный или синтетический материал, в качестве раствора органического вещества используют растворы алкилкарбоновых кислот, высших алифатических спиртов, их эфиров, полиолефинов или парафинов в среде органического низкокипящего растворителя, выбранного из класса углеводородов, галогенуглеводородов, эфиров, сульфоксидов, при этом обработку ведут при комнатной температуре в течение 10 мин 6 ч при концентрации активного органического вещества в растворе 0,1 1,0 мас. а после обработки сорбент высушивают до постоянного веса при комнатной температуре.

РИСУНКИ

Рисунок 1