НОВЫЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ ИСКУСТВЕННО ГИДРОФОБИЗИРОВАННЫЕ СОРБЕНТЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ

НОВЫЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ ИСКУССТВЕННО ГИДРОФОБИЗИРОВАННЫЕ СОРБЕНТЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Юдаков А. А., Ксеник Т. В., Перфильев А. В., Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук, Владивосток, Россия

Сорбенты широко применяются для очистки морских и сточных вод от нефти и нефтепродуктов. Эффективные адсорбенты органических соединений из водных растворов следует искать среди гидрофобных материалов, адсорбция на которых обусловлена преимущественно дисперсионными силами. Энергия дисперсионного взаимодействия тем больше, чем более многоэлектронными системами являются адсорбированные молекулы. Поэтому дисперсионное взаимодействие органических молекул с углеродными структурами поверхности гидрофобных адсорбентов гораздо сильнее, чем взаимодействие углеродных сорбентов с молекулами воды. Следовательно, на границе раздела адсорбент — водный раствор накапливаются преимущественно органические молекулы, которые являются гораздо более сложными многоэлектронными системами, чем молекулы воды.

Гидрофобность, то есть несмачиваемость водой, в естественных условиях встречается сравнительно редко. В связи с этим искусственное придание водоотталкивающих свойств путем создания на поверхности минералов тонких слоев гидрофобизаторов органической или кремнийорганической природы весьма перспективно. Гидрофобизатор должен обладать хорошей адгезией к материалу, равномерно распределяться и полностью покрывать его, не вымываться при эксплуатации и не растворяться в нефтепродукте.

Материалы, выбираемые для искусственной гидрофобизации, должны иметь достаточно высокую пористость, обладать механической прочностью, достаточной для многократных пересыпаний, иметь крупность, обеспечивающую протекание воды через слой материала в фильтрах и, что особенно важно в условиях рыночной экономики, быть доступными и дешевыми.

Высокие адсорбционные, каталитические, ионообменные свойства глинистых минералов, наличие эффективных методов регулирования их геометрической структуры и химической природы поверхности, существование крупных промышленных месторождений и низкая стоимость глин делают экономически целесообразным их использование в Дальневосточном регионе.

Сорбенты, получаемые на промышленном участке Института химии ДВО РАН, представляют собой гранулы различного размера, способные поглощать из водных растворов нефтепродукты в количестве до 70 % от собственного объема за счет пористости и особых свойств поверхности, приданных ей специальной обработкой. Сырьем для получения гидрофобных сорбентов служат дешевые искусственные алюмосиликатные материалы (керамзит, перлит, вермикулит, минеральная вата, вулканические туфы, аргелиты и пр.). Для производства и регенерации гидрофобного сорбента разработаны способ и устройство. При регенерации из отработанного сорбента извлекают собранный нефтепродукт, который может быть направлен на утилизацию. Отработанный сорбент без регенерации может быть использован в производстве асфальтобетона. Срок работы фильтра с загрузкой 3–3,5 т в зависимости от нагрузки на фильтр, степени загрязненности очищаемой воды составляет от 10 месяцев до двух лет.

Предлагаемый искусственно гидрофобизированный сорбент — комплексный продукт. Его производят нанесением на минеральную основу (алюмосиликат) органической пленки, в результате чего он приобретает необходимые характеристики: олеофильность, гидрофобность, стабильность до температуры 280 °С, нечувствительность к действию температур при нормальных условиях, стабильность во времени, отсутствие слеживаемости, устойчивость к воздействию кислот и щелочей в интервале рН = 5–8,5. Продукт сочетает в себе достоинства неорганических и органических сорбентов — низкую стоимость производства, обусловленную, в первую очередь, уникальностью технологического процесса, высокое качество очистки от нефти и нефтепродуктов, широкий диапазон применения в различных температурных режимах.

В настоящее время в Дальневосточном регионе конкурировать с предлагаемым продуктом могут несколько сорбентов.
• Активированный уголь типа БАУ-М превосходит предлагаемый гидрофобизированный сорбент по нефтеемкости, но значительно уступает ему по совокупности эксплуатационных характеристик. Уголь не подлежит промывке и используется в очистных сооружениях однократно, в то время как предлагаемый сорбент промывается несколько раз с частичным восстановлением эксплуатационных свойств.
• Из промышленно выпускаемых сорбентов, которые обладают высокой нефтеемкостью и гидрофобностью, наиболее эффективны сорбенты из полимеров. Их достоинство — простота регенерации (отжим поглощенной нефти). Недостатки этих препаратов — плохая поглощаемость тонких нефтяных пленок, канцерогенность мелкодисперсных порошков.
• С точки зрения дешевизны сырья и экологической чистоты, наиболее привлекательны сорбенты на базе органических природных веществ — торфа, опилок, сельскохозяйственных отходов (отрубей, соломы, рисовой шелухи и т. п.). Наибольшее количество сорбентов этой категории производят на основе торфа: «Пит-сорб» (Канада), «Фин-сорб» (Великобритания), «Элькосорб» (Финляндия), «Мукат-4», «Лесорб» (Белоруссия), «Сорбойл» (Россия). Все эти сорбенты обладают высокой нефтеемкостью (от 4 до 10 г/г) и гидрофобностью. Применение их для очистки морской поверхности обеспечивает первичный экологический эффект — разрыв сплошной загрязняющей пленки, сорбцию эмульгированной нефти. Использование импортных препаратов этой группы сдерживается их высокой стоимостью (8–12 дол. США за 1 кг).

Сравнительные характеристики предлагаемого и других сорбентов приведены в таблице.

Характеристика	Сорбент
Характеристика	гидрофобизи-рованный	полимерный	алюмосили- катный	торфяной	растительного происхождения
Основа сорбента	Алюмосиликат	Полимерные гранулы	Слоистый алюмосиликат	Торф	Лузга гречихи, риса
Внешний вид	Гранулы 2—35 мм	Гранулы 3—10 мм	Гранулы 8,0—0,35 мм	Крошка	Частицы до 8 мм
Плотность, г/см³	0,07—0,75	0,05—0,65	0,08—0,12	0,06—0,3	0,15
Нефтеемкость	До 70 % от веса материала	60—80 % от веса материала	0,345—0,59 г/см³	0,40—2,4 г/см³	0,675 г/см³
Водопоглощение, г/г	Отсутствует	Нет данных	0,17—0,23	1,64—5,21	Нет данных
Рабочий диапазон, рН	5,5—8,5 или требуется нейтрализация	6—7,5	Нет данных	Нет данных	Нет данных
Токсичность	Нетоксичен	Нетоксичен	Нетоксичен	Нетоксичен	Нетоксичен
Способ утилизации	Практически неограниченная регенерация	Ограниченная регенерация	Захоронение, сжигание	Сжигание, захоронение	Сжигание
Упаковка	Россыпь, мешок	—	Мешок	Мешок	Мешок, 15 кг
Страна производитель	Россия	Украина, Япония	Россия, США	Канада, Франция, Россия	Россия
Цена, у.е.	15 000 за 1 м³	5 000—10 000 за 1 м³	1 060—6 500 за 1 т	2 800-7 000 за 1 т	20 000—10 000 за 1 т
Стоимость сорбента для сбора 1 т нефтепродукта, у. е./т	88	—	180—2 350	350-1750	От 445

Гидрофобизированный сорбент можно многократно регенерировать, он имеет неограниченный срок годности (не слеживается со временем) и широкий спектр применения (может быть использован для очистки льяльных и морских вод от органических примесей).

Yudakov A. A., Ksenik T. V., Perfilyev A. V., Institute of Chemistry, the Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences, Vladivostok, Russia

The technology for production of artificially hydrophobisized alumina silicate sorbents for wastewater treatment and organic compound removal is considered in the paper. The sorbents are produced on the basis of highly porous natural mineral materials by means of sorption processing with hydrocarbon compounds in gaseous phase.

Юдаков Александр Алексеевич, д-р техн. наук, зам. директора по инновациям, Институт химии ДВО
РАН, просп. 100-летия Владивостока, 159А, Владивосток, 690022, Россия. Тел.: (4232) 31-39-20, 73-66-09,
факс (4232) 31-39-20. E-mail
Ксеник Татьяна Витальевна, науч. сотр., Инженерно-технологический центр Института химии ДВО
РАН, ул. Светланская, 104, Владивосток, 690001, Россия. Тел./факс (4232) 26-84-51. E-mail
Перфильев Александр Владимирович, аспирант, Институт химии ДВО РАН, просп. 100-летия Владивостока, 159А, Владивосток, 690022, Россия. Тел. (4232) 26-84-59, факс (4232) 26-84-51. E-mail