Анализ научно-технических литературных источников показывает, что в настоящее время в качестве адсорбентов нефти все более широкое применение находят синтетические нетканые волокнистые материалы.

Согласно литературным источникам, синтетические адсорбенты обладают высокой грязеёмкостью – от 30 до 60 кг нефти/кг, хорошей флотируемостью, гидрофобностью и регенерацией. Однако все эти показатели получают в лабораторных условиях. Использование же в реальных условиях показывает, что их сорбционная способность оказывается, как правило, в 10...15 раз ниже по сравнению с экспериментально установленной [1].

Многократное использование сорбентов возможно только при сборе чистых фракций нефти. Чаще всего уже после двух-трех циклов регенерации емкость сорбента значительно снижается, так как его поры забиваются грязью и тяжелыми фракциями, структура сорбента деформируется.

Причиной ухудшения сорбции также может послужить изменение физико-химических свойств разлитой нефти в результате ее испарения, окисления, эмульгирования и других процессов. Повышенное содержание в нефти газа, легких фракций и эмульгированной воды приводит к увеличению расхода сорбента для ее удаления с поверхности воды [2]. Стоимость импортных сорбентов высока (15 – 30 $/кг), что иногда несопоставимо с эффективностью их применения.

В настоящее время в качестве адсорбентов нефти и нефтепродуктов все более широкое применение находят синтетические волокнистые материалы, полученные простым и одностадийным методом распыления расплава полимера газовым потоком (melt-blown) [3]. В качестве сырья используют гранулированные полиэтилен, полипропилен, стоимость которых не превышает 1,5-2 $/кг, а так же отходы термопластов.

Основными параметрами полимерных волокнистых материалов (далее – ПВМ), определяющими их сорбционные характеристики, являются плотность и диаметр волокон. Плотность материала можно регулировать в пределах 0,05 – 0,5 г/см³, диаметр волокон 5 – 500 мкм. Как известно, количество поглощаемого сорбентами вещества, прежде всего, зависит от их свободной площади и свойств поверхности.

Увеличение площади поверхности melt-blown материалов может быть достигнуто различными методами [3], одним из которых является измельчение. Полученные таким образом «перья» различаются не только уровнем развитости поверхности, но и механизмом осуществления сорбционного процесса.

Однако, предел измельчения частиц с целью увеличения их поглотительной способности по отношению к нефти и нефтепродуктам ограничен. С уменьшением размера частиц ПВМ происходит уменьшение их массы. При этом снижение может достигнуть критической точки, когда сила воздействия частицы на поверхность нефти не превысит силы ее поверхностного натяжения, и частица не смачивается. Соответственно, не происходит процесса адсорбции. Реальный предел измельчения в технологии производства адсорбентов зависит от использованного материала, но в целом составляет не менее 0,1 мкм.

Поглощение нефти и нефтепродуктов при локализации и ликвидации аварийных разливов на поверхности воды и суши гидрофобными порошковыми материалами, вместе с тем, не сводится только к процессу поверхностной адсорбции. Процесс адсорбции в реальных условиях доминирует лишь только в случае очистки поверхности водоемов от тонких мономолекулярных пленок нефти и нефтепродуктов. В случае применения предлагаемых ПВМ в виде «перьев» для очистки сильно загрязненной нефтью поверхности воды, наряду с процессом адсорбции, будет протекать процесс сгущения нефти вследствие образования суспензии гидрофобных частиц в данной жидкой фазе. В последующем образовавшиеся сгустки нефти с сорбентом можно будет легко собирать при помощи скиммеров.

Для эффективной очистки воды от нефти и нефтепродуктов ПВМ необходимо существенно повысить его сорбционные свойства. Один из самых простых и дешевых способов доработки будет заключаться в активации материала путем придания ему электретного заряда. Предполагается, что принцип действия адсорбента из измельченного электретного ПВМ будет дополнительно основан на захвате волокнами частиц нефти благодаря кулоновским и индукционным силам. Кулоновские силы будут действовать при захвате заряженных частиц, а индукционные – притягивать нейтральных путем наведения в них дипольных электрических моментов, что в свою очередь увеличит сорбционную способность ПВМ.

Литература

1. Предотвращение загрязнения окружающей среды в нефтяной промышленности зарубежных стран. ОЗЛ, ВНИИОЭНГ, 1975. – 82 с.

2. Бочкарев Г.П., Шарипов А.У., Минхайров К.Л. и др. Сбор разлитой нефти с поверхности водоемов. – НТС сер. «Коррозия и защита», №7. 1980. – С. 23 – 25.

3. Гольдаде В.А., Макаревич А.В., Пинчук Л.С. и др. Полимерные волокнистые melt-blown материалы. – Гомель: ИММС НАНБ. – 2000. – С. 5.

Д.В. Вышинский, канд. воен. наук, доц., В.А. Иванов, канд. воен. наук, доц.

ФГОУ ВПО «Академия гражданской защиты МЧС России»