Кочанова А. В.

НЕФТЕСОРБЕНТЫ НА ОСНОВЕ КОРЬЕВЫХ ОТХОДОВ
АКЦИОНЕРНОГО ОБЩЕСТВА «МОНДИ СЫКТЫВКАРСКИЙ
ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС»
Раздел: Естественные науки
Кочанова А.В.
г. Сыктывкар, ФГБОУ ВПО «Сыктывкарский государственный
университет»
имени Питирима Сорокина
Институт естественных наук, 4 курс
Кочева Л.С.
г. Сыктывкар, ФГБОУ ВПО «Сыктывкарский государственный
университет»
имени Питирима Сорокина
профессор кафедры химии Института естественных наук
Аварийные разливы нефти и нефтепродуктов наносят существенный
экологический и материальный ущерб Республике Коми. Приведем
несколько примеров.
В
марте
2013
г.
произошел
разлив
месторождении
ООО
«ЛУКОЙЛ-Коми».
нефти
Причиной
на
Усинском
аварии
стала
разгерметизация межпромыслового нефтепровода, в результате чего
произошел разлив нефтеводосодержащей жидкости объемом около 3,5
тонн на площади около 315 м2. Нефтеводосодержащая жидкость вывезена
на шламонакопитель, расположенный на Возейском месторождении.
26 мая 2013 г. в Усинском р-не Республики Коми случился
аварийный разлив нефти. Аварийная нефть распространилась по р. Колве,
попала в р. Печору, а затем в Баренцево море.
В мае 2014 г. в 36 км от г. Усинска на предприятии «ЛУКОЙЛКоми» при заполнении резервуара с нефтью произошел хлопок, после чего
содержимое емкости загорелось. В результате аварии три резервуара с
2
нефтью каждый емкостью 5000 м3 загорелись после прогремевшего
взрыва. По сообщению МЧС по республике разлива нефти не допущено.
Для сбора аварийной нефти широко используются гидрофобные
сорбенты, действие которых основано на способности губчатых, пористых
и волокнистых материалов хорошо впитывать нефть и плохо – воду
(эластичные пенопласты на основе полиуретана, полипропиленовое
волокно, пропитанные специальными составами текстильные, шерстяные
и бумажные ленты).
Нами разработана технология получения эффективных, недорогих и
удобных в применении гидрофобных лигноцеллюлозных сорбентов нефти
и нефтепродуктов на основе свежей коры – корьевых отходов ЦПДС ОАО
«Монди СЛПК».
Технология
заключается
в
получения
лигноцеллюлозного
следующем.
Кородревесные
отходы
нефтесорбента
сортировали,
подвергали размолу, промывали водой для удаления загрязняющих
веществ, высушивали до воздушно-сухого состояния. Гидрофобизацию
проводили с использованием сульфатного мыла и сульфата алюминия в
качестве осадителя.
Особенность предлагаемого решения заключается в том, что
получение нефтесорбентов может быть организовано на действующем
целлюлозно-бумажном
комбинате
с
использованием
отходов
производства (сульфатного мыла) и химических реагентов (сульфата
алюминия), применяемых в технологической процессе.
Нефтесорбенты на основе кородревесных отходов получены по
апробированной технологии. Сорбционные характеристики продуктов
испытывали на эмульсии нефти в воде. Для испытаний использовали
следующие
образы
месторождения,
Республика
нетей:
Республика
Коми,
3)
1)
тяжелая
Коми,
нефть
2)
нефть
Харьягинского
Северо-Ираёльская
Возейского
месторождения,
нефть,
залежь
Нижнепермская, 4) нефть Нижнечутинского месторождения, скважина №
2
3
506. В качестве образцов сравнения использовали кору до проведения
гидрофобицации.
Характеристика получаемой продукции:
Нефтесорбенты лигноцеллюлозные. Экологическая характеристика: не
содержит веществ, токсичных для животных и людей. Внешний вид сухого
продукта: воздушно-сухая масса, цвет коричневый, светло-коричневый.
Возможно получение сыпучего или гранулированного продукта.
Объемы сбыта – по согласованию с заказчиком.
По результатам экспериментов рассчитывали показатели сорбционной
способности нефтесорбентов: коэффициент поглощения, сорбционную
способность сорбента, степень десорбции нефти, степень фиксации нефти
сорбентом.
Десорбцию
нефти
проводили
методом
настаивания
отработанных сорбентов в воде в течение 30 мин при комнатной
температуре, затем воду отфильтровывали на стеклянной воронке с
бумажным фильтром. Сорбент высушивали до воздушно-сухого состояния
и взвешивали. Степень десорбции рассчитывали по разности навесок
воздушно-сухого сорбента до и после настаивания в воде.
способны конкурировать с промышленными нефтесорбентами на основе
торфа.
Кора
относится
к
крупнотоннажным
отходам
акционерного
общества «Монди Сыктывкарский лесопромышленный комплекс» (АО
«Монди СЛПК») – на предприятии ежегодно образуется около 500 тыс. м3
коры и кородревесных отходов. Основным способ ее утилизации является
сжигание в корьевых котлах с целью получения тепловой энергии.
Кора составляет значительную долю (от 6 до 25 %) общего объема
дерева, причем содержание коры зависит не только от породы, но также от
возраста дерева и условий его роста. По химическому составу кора
деревьев резко отличается от их древесины. Кора взрослого дерева состоит
из двух частей, различающихся анатомическим строением и функциями:
внутренней – луба и наружной – корки. Относительное содержание этих
3
4
частей коры зависит не только от древесной породы, но варьируется между
отдельными деревьями одного и того же вида и даже в пределах
индивидуального дерева. Ткани луба выполняют проводящую функцию
(проводят соки), а также хранят резервные питательные вещества. Корка
обеспечивает защиту древесины от внешних воздействий [2]. В табл. I
представлен
групповой
состав
коры
наиболее
применяемых
в
промышленности видов деревьев.
Таблица I – Групповой состав коры различной древесины, масс. %
Порода
Сосна
Целлюлоза Гемицеллюлозы Лигнин
Экстрактивные
вещества
луб
18,2
34,5
17,1
24,4
корка
16,4
14,9
43,6
18,9
луб
23,2
25,0
15,6
35,9
корка
14,3
18,8
27,4
34,2
Осина
луб
8,3
22,4
27,7
41,3
Береза
луб
17,4
17,4
24,7
36,3
Ель
В качестве сырьевого источника для получения нефтесорбентов
использованы образцы корьевых отходов цеха подготовки древесного
сырья (ЦПДС) ОАО «Монди СЛПК», отобранные в феврале 2012 г.:
1) кора ели (100 %, руб. машина № 7);
2) кора береза : осина (60 : 40 %, руб. машина № 3).
Внешний вид образцов корьевых отходов представлен на рис. I.
На рис. II представлен элементный состав лиственной коры. Следует
отметить высокое содержание кислорода, что свидетельствует о наличии
значительного количества в химической структуре компонентов коры
кислородсодержащих функциональных групп (-ОН, -СО, -СООН и др.),
отвечающих за практически полезные свойства материала, в частности,
сорбционные
характеристики.
Так,
лиственных пород составляет 45,4 %.
4
содержание
кислорода
в
коре
5
Основная научная задача проекта состояла в придании исходному
материалу свойства гидрофобности, что является необходимым условием
для сбора нефти и нефтепродуктов.
В общем случае, гидрофильность и гидрофобность характеризуют
сродство веществ или образованных ими тел к воде; это сродство
обусловлено силами межмолекулярного взаимодействия. Гидрофобность
рассматривают как малую степень гидрофильности, так как между
молекулами воды и любого тела всегда действуют в большей или меньшей
степени
межмолекулярные
силы
притяжения.
Гидрофильность
и
гидрофобность можно оценить по растеканию капли воды на гладкой
поверхности тела (рис. III). Они могут быть охарактеризованы краевым
углом смачивания; на гидрофильной поверхности капля растекается
полностью, на гидрофобной – частично, причём величина угла между
поверхностями капли и смачиваемого тела зависит от того, насколько
данное тело гидрофобно [3].
В работе [4] для повышения смачиваемости маслами коры сосны,
лиственницы и пихты, проэкстрагированных водой, моноэтаноламином и
диметилформамидом, предложена ее гидрофобизация смесью, состоящей
из толуола и ПМС-100. В работах [4, 5] содержатся предложения по
использованию в качестве сорбентов нефтепродуктов и органических
жидкостей отходов деревообработки (опилки, шлифовальная пыль, опилки
распиловки древесно-стружечных плит) и волокнистых полуфабрикатов
(термомеханическая древесная масса). Гидрофобизацию осуществляли
нерастворимой
солью
сульфатного
мыла.
В
качестве
осадителя
использовали алюмокалиевые квасцы – вещества, широко используемые
как дубильные средства в кожевенной промышленности, протрава при
крашении тканей, коагулянт при очистке сточных вод.
Рисунок I. Элементный химический состав лиственной коры
5
6
6
7
а
б
Рисунок II. Корьевые отходы цеха подготовки древесного сырья (ЦПДС)
открытого
акционерного
общества
«Монди
Сыктывкарский
лесопромышленный комплекс» (ОАО «Монди СЛПК»), февраль 2012 г.: а)
кора ели (100 %); б) кора береза : осина (60 : 40 %).
7
8
Рисунок III. Гидрофильная (а) и гидрофобная (б) поверхности в
трёхфазной системе вода–твёрдое тело–воздух; 1 – вода; 2 – твёрдое тело;
3 – воздух; a – краевой угол смачивания.
8
9
. Внешний вид образцов нефтесорбентов на основе корьевых отходов
представлен на рис. IV
а
Рисунок.
IV.
Сорбенты
на
основе
коро-
древесных
б
отходов
ОАО
«Монди СЛПК»: а
–
сорбенты
на
основе коры (100
%)
при
расходе
сульфатного мыла
на
гидрофобизацию
0,5, 2,5 и 5 %; б сорбенты
основе
на
коры
береза:осина (60 :
40 %) при расходе
сульфатного мыла
на
гидрофобизацию
0,5, 2,5 и 5 %.
9
10
Важной для практического использования является характеристика
степени фиксации нефти сорбентом, о которой можно судить по
показателю десорбции нефти. Полученные данные говорят о том, что
модифицированная еловая кора лучше удерживает сорбированную нефть,
чем контрольный образец и кора лиственных пород. Десорбцию нефти
проводили методом настаивания отработанных сорбентов в воде.
Выводы.
Предложено
новое
направление
утилизации
крупнотоннажных отходов целлюлозно-бумажных предприятий – коры и
кородревесных отходов.
10