УДК 539.217.1
ПОРОМЕТРИЯ И СТРУКТУРА СОРБЕНТА «УНИПОЛИМЕР-М»
, ,
научные руководители д. ф.-м. н. и канд. техн. наук
Сибирский федеральный университет
В Институте нефти и газа СФУ разработан сорбент серии «Униполимер-М» с уникальными характеристиками, которые нашли широкое применение в нефтегазовой отрасли [1]. Безотходная технология производства сорбента основана на физико-энергетическом и химическом способах получения высокократных вспененных композиционных материалов из синтезированных полимерных смол, поверхностно-активных веществ и катализаторов отверждения с последующей химической реакцией поликонденсации. Сорбент изготавливается в виде гранул, крошки, порошка, матов, бонов, фильтров и других формовочно-сорбирующих изделий.
Сорбент «Униполимер-М» предназначен для сбора нефтепродуктов с поверхности грунта и водной поверхности, он является гидрофобным (почти не впитывает воду) и олеофильным (впитывает нефть и нефтепродукты). Полимерный сорбент не тонет в полностью насыщенном состоянии и сорбирует: бензин, дизельное топливо, керосин, машинное масло, мазут, неподготовленную нефть, товарную нефть, метанол, неполярные жидкости, растворители, агрессивные соединения.
Таблица 1. Основные технические и эксплуатационные характеристики сорбента «Униполимер-М» при комнатной температуре [2]:
Свойство | Значение |
Плотность исходного сорбента | 4-25 кг/м3 |
Влажность | 0-6% |
Плавучесть | 100% |
Сорбирующая способность | 43-67 г нефти/г сорбента |
Скорость сорбции | 0,8-1,5 мм нефти/с |
Степень очистки грунта и водной поверхности | 98-99,5% |
Возврат собранной нефти (нефтепродуктов) после выжимки | 95-97% |
Рабочая температура | - 25 + 300 оС |
Десорбция | 0% |
Биоразлагаемость | 100% |
Пористость сорбента | 47-88% |
Использование как субстрата для бактериального нефтяного окисления | Положительно |
Как видно из Таблицы 1, сорбент серии «Униполимер-М» можно использовать многократно. Насыщенный сорбент после выжимки готов к повторному применению, т. е. сорбент не загрязняется нефтью и нефтепродуктами. Экологическая безопасность сорбента Униполимер-М подтверждена Паспортом безопасности «Поропласты
Рисунок 1. Структура исходного сорбента плотностью ~6 кг/м3.
Рисунок 2. Структура прессованного сорбента с плотностью ~25 кг/м3.
Композиционные» РПБ 581719.22.29284.
Время и скорость сорбции нефти (Табл.1) или других полимерных жидкостей сорбентом зависит от химического состава и вязкости разлитых жидкостей, температуры окружающей среды.
Целью данной работы было изучение пористых свойств и структуры сорбента.
Структура сорбента. Для изучения структуры сорбента использовался микроскоп Carl Zeiss AXIO Imager M2. На рис. 1 представлена микрофотография исходного сорбента, обладающего ярко выраженной губчатой структурой. Прессованный сорбент, представленный на рис. 2, отличается более плотной, почти слоистой структурой и меньшим размером пор.
Оценка пористости сорбента. Для определения пористости прессованного сорбента (рис.2) был применен метод гелиевой порометрии, который обычно используется для горных пород. Эксперимент был произведен на газовом порозиметре Core Lab PORG-200. Для измерения объема пор по расширению заданного объема гелия прибор использует закон Бойля:
где P1 и P2 – исходное и увеличенное давление, V1 и V2 – исходный и увеличенный объем, T1 и T2 – исходная и увеличенная абсолютная температура.
Полученное значение удельной (общей) пористости сорбента составляет порядка 92-94%. К сожалению, данный метод не позволяет оценить соотношение слепых сквозных и закрытых пор. Результат эксперимента хорошо соотносится с результатами микроскопического изучения образцов (рисунки 1 и 2) и уточняет данные по пористости, приведенные в Табл.1.
Оценка распределения пор по размерам. Для оценки распределения пор по размерам, образцы исходного и прессованного сорбента были исследованы под микроскопом. Произведена выборка из 50 случайных пор для каждой из форм сорбента. Результаты представлены на рисунке 3.
Рисунок 3. Гистограммы распределения пор по размерам: а) Исходный сорбент; б) Прессованный сорбент. Погрешность измерения — 2,5 мкм.
Видно, что в обоих сорбентах наибольшее количество пор имеют средний диаметр 20-30 мкм. Однако в исходном сорбенте имеются поры также большего радиуса, а в прессованном в основном присутствуют поры меньшего радиуса, чем 20-30 мкм. Сорбент является относительно однородной средой, поровое пространство которого представлено капиллярными макропорами.
Предполагаемый механизм сорбции. Поведение нефти в микросистемах сильно отличается от ее обычного поведения в макросистемах. В работе [3] обнаружен эффект динамического запирания, который заключается в том, что в микроканалах диспергированная в нефти водная фракция выходит из нее на границу между началом микроканала и внешней средой, таким образом затрудняя проход нефти внутрь канала и в итоге запирая его. На основе проведенных экспериментов можно предполагать подобный механизм сорбции в нефтяном сорбенте серии «Униполимер-М». Нефть, попадая на сорбент, под действием сил молекулярной адсорбции начинает закачиваться внутрь. Попав внутрь, нефть проталкивается дальше за счет действия капиллярных сил. Вода при этом выходит из нефти наружу и испаряется на поверхности сорбента. Внутри сорбента остается только чистая фракция из углеводородов и остальных примесей за исключением воды. Возможно, при этом увеличивается вязкость нефти и поэтому она хорошо задерживается внутри сорбента.
Таким образом, в этой работе исследованы физические параметры сорбента серии «Униполимер-М»: структура, пористость и распределение пор по радиусам. На основе оценки удельной поверхности и полученных результатов сделано предположение о физическом механизме сорбции нефти сорбентом «Униполимер-М».
Благодарим , основного патентообладателя и разработчика серии полимерных сорбентов «Униполимер-М», за полезные замечания и предоставление образцов сорбента для экспериментов. Работа частично поддержана мега-проектом «Биолюминесцентные биотехнологии» (договор G34.31.0058) в рамках Постановления Правительства РФ № 000 от 01.01.2001 и проектом ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на годы», соглашение №14.A18.21.1911.
Список использованных источников.
1.Пат. 2411267РФ, МКИ Композиция для карбамидного пенопласта / , // Б. И. 2011. № 4.
2. , Васильев окружающей среды и рациональное недропользование при разработке, эксплуатации нефтяных месторождений
, транспортировке нефти
и нефтепродуктов. Германия, издательство Lambert Academic Pablishing, 2011.-286 с.
3., . Особенности течения дисперсии из микрокапель воды в микроканалах // Письма в ЖТФ. 2010. том 36, № 22. с. 21–28.
