Полимерный волокнистый материал для сбора нефти и нефтепродуктов, диспергированных в объеме воды

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(54) ПОЛИМЕРНЫЙ ВОЛОКНИСТЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СБОРА НЕФТИ(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский инженерный институт МЧС Республики Беларусь(72) Авторы Вертячих Игорь Михайлович Суторьма Игорь Иванович Остапук Иван Петрович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский инженерный институт МЧС Республики Беларусь(56)10589 1, 2008.2155 1, 1998. ВЕРТЯЧИХ И.М. и др. Чрезвычайные ситуации предупреждение и ликвидация Сб. тез. докл.Международной научно-практической конференции. Т. 2. - Минск, 2005. С. 32-34. ЧЕРНОРУБАШКИН А.И. и др. Чрезвычайные ситуации предупреждение и ликвидация Тез. докл.Международной научно-практической конференции,посвященной 150-летию пожарной службы Республики Беларусь. Ч. 2. - Минск, 2003. - С. 100-101.5807 1, 2003. ГОЛЬДАДЕ В.А. и др. Полимерные волокнистые - материалы. Гомель, 2000. - С. 82-83, 95-109, 163165, 219-221. КРАВЦОВ А.Г. и др. Полимерные волокнистые фильтры для преодоления экологических последствий чрезвычайных ситуаций. - Гомель, 2008. С. 25, 65-69, 140-147, 194-199, 207-221.2060815 1, 1996.1323536 1, 1987.2132225 1, 1999.(57) Полимерный волокнистый материал для сбора нефти и нефтепродуктов, диспергированных в объеме воды, состоящий из нескольких слоев волокнистого - материала с нанесенным гидрофобным покрытием, при этом плотность материала увеличивается от слоя к слою от 0,2 до 0,9 г/см 3, а диаметр волокон материала уменьшается от слоя к слою от 2 до 210-6 мм, причем волокна находятся в электретном состоянии и обладают эффективной поверхностной плотностью заряда 18,1-20,0 нКл/см 2. 14957 1 2011.10.30 Изобретение относится к области создания материалов для ликвидации последствий аварийных разливов на поверхности воды нефти и нефтепродуктов. Среди негативных последствий для окружающей среды большую опасность представляют аварийные разливы нефтепродуктов. Аварии на этих производствах могут привести к залповому сбросу нефти и нефтепродуктов в водные объекты. Среди методов, успешно применяющихся для ликвидации загрязнений водоемов нефтью и нефтепродуктами,сорбционная очистка воды является одним из наиболее эффективных методов. В настоящее время одним из основных способов борьбы с разливами нефтепродуктов является добавление к ним детергентов - поверхностно-активных веществ, которые уменьшают поверхностное натяжение на границе воды и топлива. В результате чего вместо пленки образуются капли, которые легче смешиваются с водой и, спустя некоторое время, разлагаются. Такой способ снижает опасность для живых организмов, обитающих на поверхности, например птиц, опасность для рыб при использовании этой технологии,наоборот, возрастает. Установлено, что пленка нефтепродуктов на поверхности оказывает минимальное влияние на развитие зародышей. При этом при добавлении детергента опасность для них возрастает почти в 100 раз. Это объясняется тем, что мелкие капли дизельного топлива распределяются по всей толще океана. Поэтому при разработке способов борьбы с разливами необходимо учитывать экологический ущерб, наносимый водным экосистемам от возможной дисперсии нефтепродуктов в воде 1. Существует сорбент нефти и нефтепродуктов, содержащий смесь фракции алкилкарбоновых кислот, алифатические эфиры алкилкарбоновых, и нетканый волокнистый натуральный или синтетический материал, армирующие элементы и противоусадочные элементы из стекловолокна. Для очистки диспергированных (распределенных по объему) нефтепродуктов в толще воды данный сорбент не применяют. Недостатком сорбента является сложность состава материала 2. Сорбент НОВОСОРБ успешно используется как эффективный сорбционный материал для очистки нефтезагрязненных поверхностей и сточных вод. Данный сорбент, применяемый в сорбционных фильтрах, обеспечивает санитарные нормы сброса в бассейны канализования и в рыбохозяйственные водоемы. Сорбент НОВОСОРБ эффективно используется в качестве активного элемента рукавов, предназначенных для локализации разливов нефти и нефтепродуктов. Сорбент НОВОСОРБ представляет собой твердые гранулы размером 0,6-5,0 мм. Недостатком сорбента является невозможность его использования в виде собственной конструктивной формы, а только как наполнитель несущей конструкции. Кроме того, данный сорбент невозможно выполнить с градиентом пористости и плотности, что не способствует максимальной очистке водоемов от диспергированных нефтепродуктов. Сорбент применяют только для очистки поверхностных загрязнений нефтепродуктами 3. Биологический препарат Дестройл представляет собой порошок или пасту, состоящие из клеток микроорганизма, обладающих углеводородо-окисляющей активностью. Препарат, обладая высоко выраженной окисляющей активностью в отношении углеводородов нефти и нефтепродуктов, переводит их в экологически нейтральные соединения. Недостатками данного препарата являются возможность применения его исключительно при очистке поверхностных загрязнений водоемов от нефти и нефтепродуктов и непригодность для очистки водоемов по всему объему в случае диспергированных в воде нефтепродуктов, поскольку отсутствует технологическая возможность выполнения материала градиентом пористости и плотности 4. Прототипом изобретения является мембрана из нанопроволоки, обладающая способностью впитывать большие количества органических жидкостей и при этом не впитывать воду. Мембрана толщиной 50 микрометров способна впитывать объем органических жидкостей, вес которых в 20 раз превышает вес самой мембраны. Такие свойства нового материала позволяют использовать его для очистки воды от разливов нефти. 2 14957 1 2011.10.30 Поверхность мембраны пронизана большим количеством пор диаметром около десяти нанометров, что обеспечивает проникновение жидкости внутрь мембраны. Для того чтобы предотвратить поглощение воды проволокой мембраны, ее покрывают гидрофобным силиконовым материалом. В итоге вода скатывается с мембраны, а органические жидкости поглощаются благодаря порам. Недостатком данного материала является получение его ограниченными размерами несоизмеримыми с размерами материала, необходимого для практического применения по очистке водоемов от нефти 5. Целью изобретения является решение следующих задач 1) разработка материала для очистки воды от диспергированных в ней по объему нефтепродуктов 2) разработать материал, с максимальной гидрофобностью 3) разработать материал, который в процессе получения мог бы принимать форму удобную для сбора распределенных по объему нефтепродуктов. Поставленные задачи решаются тем, что известный полимерный волокнистый материал, получаемый по технологии -, поляризуют 6, а затем обрабатывается гидрофобным составом. Электризация волокон материала способствует лучшему смачиванию волокон гидрофобным составом 7. Таким образом, улучшаются без того хорошие гидрофобные свойства полимерных волокон. Технология - позволяет получать волокнистый материал с заданными характеристиками плотности, с заданным диаметром волокна, формой и размерами в зависимости от формы и размеров формообразующей подложки 6. Пример заявляемого материала из полимерных волокон для сбора диспергированных в воде нефтепродуктов приведен на фигуре. Материал состоит из нескольких слоев (от 1 до 7) волокнистого материала с уменьшающимся диаметром волокон и увеличивающейся плотностью материала от слоя к слою. Волокна имеют гидрофобное покрытие и находятся в электретном состоянии. В качестве полимерных материалов для получения волокон были взяты полиэтилен высокого давления (ПЭВД), полипропилен (ПП), полиамид (ПА). Волокнистый материал формировали по технологии - в форме многослойных (3 - 7 слоев) полотен с послойным градиентом диаметра волокна от 2 до 210-6 мм и плотностью материала от 0,2 до 0,9 г/см 3. Поляризацию полимерных волокон осуществляли путем инжекции носителей заряда в материал на стадии волокнообразования в поле коронного разряда напряженностью 3,0,5,0, 7,0, 10,0, 11,0 и 12,0 кВ/см 6. В результате поляризации на волокнах материала формировали заряд электрета плотностью от 18,0-20,0 нКл/см 2. После чего на поверхность волокон наносили гидрофобное покрытие - водную суспензию низкомолекулярного фторопласта марки Ф-4 МД-А. Контрольные образцы с гидрофобным покрытием не поляризовали. С целью определения сорбирующей способности полученного материала создавали 0,6 эмульсию нефти Речицкого месторождения в воде, которую пропускали через заявляемый многослойный полимерный волокнистый материал. Содержание нефти определяли весовым методом. Аналогичные испытания проведены по сбору диспергированного в воде керосина (ТУ 38.71-58-10-90).Результаты испытаний приведены в таблице. Как видно из таблицы, сочетание поляризации полимерных волокон материала с нанесением гидрофобного покрытия существенно повышает эффективность сбора диспергированной в воде нефти. Это, по-видимому, обусловлено тем, что заряд электрета способствует формированию фторопластовой пленки на поверхности волокон вследствие лучшего смачивания суспензией поверхности волокна 7 за счет деформирования сольватных оболочек и дезориентации дипольных молекул воды. Таким образом, в итоге улучшаются гидрофобные свойства полимерных волокон. 3 14957 1 2011.10.30 В то же время при формировании у материала эффективной поверхностной плотности заряда электрета меньше 18 нКл/см 2 не приводит к существенному повышению сорбционной способности. Это, по-видимому, связано с тем, что при поверхностной плотности заряда меньше 18 нКл/см 2, деформирование сольватных оболочек и дезориентация дипольных молекул воды происходит менее выражено, не способствует качественному формированию гидрофобного покрытия. Поэтому эффективность сорбции диспергированных нефтепродуктов ниже. При значении эффективной поверхностной плотности заряда электрета больше, чем 20 нКл/см 2, происходит, по-видимому, максимальная поляризация материала волокон. Поэтому в дальнейшем эффективность сорбции нефтепродуктов не возрастает. Таким образом, задачи, поставленные при создании изобретения, решены 1) результаты проведенных экспериментов позволяют использовать материал для очистки воды от распределенных в ней по объему нефтепродуктов 2) разработанный материал обладает гидрофобностью выше, чем материал контрольных образцов 3) получение полимерного волокнистого материала по технологии - позволяют в процессе получения придавать материалу форму, удобную для сбора нефтепродуктов, распределенных по объему воды. Результаты испытаний полимерного волокнистого материала по сбору диспергированных в воде нефти и керосинаобразцов Количество слоев нефть, нКл/см 2 2 3 5 7 8 керосин 1 0,28 0,25 0,20 0,16 0,083 17,0 1 0,27 0,26 0,21 0,17 0,091 2 0,16 0,09 0,057 0,044 0,041 18,0 2 0,082 0,068 0,052 0,041 0,043 3 0,081 0,062 0,050 0,040 0,040 18,5 3 0,079 0,060 0,051 0,038 0,036 4 0,068 0,060 0,040 0,039 0,036 19,0 4 0,071 0,050 0,047 0,036 0,035 5 0,066 0,056 0,044 0,032 0,030 19,5 5 0,063 0,054 0,042 0,031 0,031 6 0,063 0,053 0,040 0,029 0,028 20,0 6 0,062 0,050 0,042 0,028 0,028 7 0,061 0,052 0,040 0,029 0,029 20,5 7 0,060 0,052 0,040 0,028 0,028 8 0,061 0,051 0,039 0,030 0,028 20,8 8 0,062 0,050 0,041 0,029 0,029 0,25 0,20 0,15 0,090 0,088 0,27 0,23 0,17 0,088 0,087 Контрольн. Содержание нефть, мг/л керосин Источники информации 1. Борьба с разливами нефтепродуктов опасна для морской фауны. Электронный ресурс 22 марта 2009. Режим доступа //- 2. Патент РФ 2132225, МПК 701 20/00. 14957 1 2011.10.30 3. СОРБЕНТ НОВОСОРБ. Электронный ресурс - Режим доступа ///. 4. Биологический препарат Дестройл Электронный ресурс - Режим доступа////. 5. Нанопроволока позволит очистить воду от нефтяных пятен. -. Электронный ресурс Режим доступа-, 30.05.2008. 6. Гольдаде В.А. др. Полимерные волокнистые - материалы / Под науч. ред. Л.С. Пинчука. - Гомель ИММС НАНБ, 2000. - С. 260. 7. Кравцов А.Г., Марченко С.А., Зотов С.В. Полимерные волокнистые фильтры для преодоления экологических по следствий чрезвычайных ситуаций / Под общей ред. А.Г. Кравцова. - Гомель ГГТУ им. П.О. Сухого, 2008. - С. 25, 65-69, 140-147, 194-199, 207221. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5