Получение магнитных сорбентов для сбора нефти из железосодержащего шлама водоочистки
|
Даты проведения с 2021-02-10 по 2021-09-07 |
Борьба с нефтяным загрязнением водных ресурсов продолжается уже не одно десятилетие. Известно, что наиболее эффективным и экологически приемлемым методом очистки воды от нефти в настоящее время является сорбционный метод. Значительной проблемой применения многих сорбентов является их сбор с водной поверхности, поэтому для удаления нефтяных загрязнений наиболее эффективными являются магнитные сорбенты, которые позволяют управлять нефтяным пятном и соответственно упрощают процесс сбора нефти. Подобные сорбенты в своем составе содержат магнитный наполнитель, как правило, это магнетит.
Одним из основных способов получения синтетического магнетита является совместное осаждение хлорида железа (II) и (III) в водной среде при добавлении аммиака [1]. Однако использование химических реагентов приводит к увеличению себестоимости сорбента. Альтернативным способом может служить получение магнетита из железосодержащих промышленных отходов. Одним из таких отходов является железосодержащий шлам водоочистки (ЖСШ), образующийся в больших количествах на станциях обезжелезивания при водоподготовке. Так, авторами [2] предложен способ получения магнитного сорбента из ЖСШ методом экзотермического горения в растворах, полученных кислотным выщелачиванием азотной кислотой ЖСШ с использованием мочевины в качестве восстановителя. Но этот метод также предполагает использование химических реагентов.
Цель проекта: получение магнитных сорбентов для сбора нефти из железосодержащего шлама водоочистки с использованием в качестве основы различных отходов производства. Для получения оксидов железа использовался железосодержащий шлам, образующийся на фильтровальных сооружениях станции водоподготовки Томского водозабора, основным компонентом которого является гетит (оксогидроксид железа FеООН). При его нагревании происходит разложение до соответствующих оксидов: γ-Fe2O3 (200-450°С), α-Fe2O3 (300- 800°С), Fe3O4 (1050°С).
В качестве основ для производства сорбентов были выбраны следующие отходы производства: древесные опилки, кора деревьев, бумага, скорлупа грецкого ореха, сухая ботва. Перечисленные основы измельчали, затем пропитывали водной суспензией гетита и высушивали. Далее образцы помещали в муфельную печь, и прокаливали до 600°С. При этом происходила карбонизация образцов и активация частицами образующихся оксидов железа. Наименьший выход сорбента был получен для образца из скорлупы грецкого ореха (30%), выход остальных образцов отличался незначительно и был достаточно высоким (39-51%). Все полученные сорбенты, обладали магнитными свойствами; в меньшей степени намагничивались сорбенты, полученные из бумаги и скорлупы грецкого ореха.
Исследование свойств полученных сорбентов показало, что плавучесть образцов сорбентов уменьшается в следующем ряду используемых для их получения основ: скорлупа грецкого ореха (92%), сухая ботва травы (75%), березовая кора (65%), бумага (41%), древесные опилки (10%). Лучшие результаты по нефтеемкости получены для сорбента, на основе древесных опилок (10,6 г/г), минимальной нефтеемкость обладали сорбенты на основе скорлупы грецких орехов (0,6 г/г).
Для оценки эффективности применения полученных сорбентов для очистки воды от нефти было создано модельное нефтяное загрязнение водной поверхности. Исследование проводили для нефтяных пленок разной толщины от 0,5 до 3 мм. На поверхность загрязнения насыпали сорбент до полного очищения воды от нефти. Чем меньшая масса сорбента была использована для устранения загрязнения, тем лучшими были его адсорбционные свойства на водной поверхности. Полученные результаты показали, что опилки наиболее эффективно поглощают нефть с поверхности воды (для поглощения 0,61 г нефти использовано 0,06 г опилок), в то время, как худшую эффективность продемонстрировала ореховая скорлупа (для поглощения 0,61 г нефти использовано 1,35 г скорлупы).
В результате проведенного исследования можно сделать следующие выводы: Функционирующие магнитные сорбенты могут быть получены при карбонизации отходов производства с добавлением железосодержащего шлама водоподготовки. Наиболее оптимальные результаты по исследуемым характеристикам (выход сорбента после карбонизации, плавучесть, нефтеемкость) получены для образцов, на основе сухой ботвы и древесной коры. Исходя из значений нефтеемкости наиболее приемлемым для использования на практике является образец сорбента из древесных опилок. Низкий уровень плавучести сорбента можно повысить различными способами его гидрофобизации, что может служить дальнейшим продолжение работы. Таким образом, перспективные и экономически выгодные сорбенты можно изготавливать из вторичного сырья, что позволяет решать сразу две проблемы: очистки воды и утилизации отходов.
Проект опубликовал
