Теоретическая и прикладная экология

1995-43012618-8406

10.25750/1995-4301-2026-1-145-153

Other

Изучение возможности использования композиционных сорбентов для очистки вод от нефтепродуктов при пониженных температурах

Study of the possibility of using composite sorbents to purify water from oil products at low temperatures

Татаринцева

Е. А.

Tatarintseva

E. A.

tatarinceva-elen@mail.ru

https://orcid.org/0000-0002-5925-3227

Ольшанская

Л. Н.

Olshanskaya

L. N.

ecos123@mail.ru

https://orcid.org/0000-0002-8449-9368

Togliatti State University (Togliatti, Russia)

Тольяттинский государственный университет (Тольятти, Россия)

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov (Saratov, Russia)

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. (Саратов, Россия)

25032026

1145153

http://www.envjournal.ru/ari/v2026/v1/26115.pdf

Освоение нефтяных месторождений в Арктическом регионе связано с высокими рисками загрязнения окружающей природной среды. Увеличение объёмов добычи углеводородов сопровождается обеспокоенностью касательно уровня подготовки к возможным аварийным ситуациям, связанным с утечками нефти. Инфраструктура большинства районов Крайнего Севера не соответствует требованиям для оперативного устранения масштабных загрязнений окружающей среды, возникающих вследствие производственной деятельности нефтяных компаний. Целью работы явилось изучение возможности использования композиционных сорбционных материалов, изготовленных из отходов промышленности, для очистки воды от разливов нефти при температурах от –5 до +20 оС. Изучены физико-механические свойства материалов, которые являются важной характеристикой сорбентов: механическая прочность, удельная поверхность, которая составляет от 20 до 35 м2/г, плотность < 1 см3/г, пористость сорбентов, представляющая совокупность макро- и мезопор около 80–90 %. Показано, что предложенные сорбенты обладают гидрофобностью, которая подтверждается высокой величиной краевого угла смачивания (130–140о) и хорошей плавучестью в течение 96 ч. Время сорбции нефти с эффективностью очистки более 99,0 % составляет 20 мин. Нефтеёмкость полученных материалов для сбора нефти при пониженных температурах (–5 оС) составляет от 3 до 22 г/г. Получен сорбент с магнитными свойствами за счёт содержания ферритизированного гальваношлама, что значительно упрощает процесс сбора его с поверхности воды. Полученные сорбционные материалы решают проблему не только очистки воды от нефти, но и проблему получения дешёвых сорбентов из отходов промышленности, таких как полиэтилентерефталат, гальваношлам, древесные опилки.

The development of oil fields in the Arctic is associated with high risks of environmental pollution. Increased hydrocarbon production is accompanied by concerns regarding the level of preparedness for potential emergency situations associated with oil spills. The infrastructure in most areas of the Far North does not meet the requirements for the prompt elimination of large-scale environmental pollution arising from oil production activities. The aim of this study was to study the feasibility of using composite sorption materials made from industrial waste to purify water from oil spills at temperatures ranging from –5 to +20 оC. We studied the physicomechanical properties as the important characteristics of sorbents. Specific surface area of the studied sorbents ranges from 20 to 35 m2/g, density is < 1 cm3/g, porosity is approximately 80–90 %, and mechanical strength is high. The proposed sorbents were shown to possess hydrophobic properties, as evidenced by a high contact angle (130о–140о) and good buoyancy for 96 hours. The oil sorption time with a purification efficiency exceeding 99.0 % is 20 minutes. The oil absorption capacity of the obtained materials for oil recovery at low temperatures (–5 оC) ranges from 3 to 22 g/g. A sorbent with magnetic properties was obtained due to the content of ferritized galvanic sludge, significantly simplifying the process of its collection from the water surface. The obtained sorption materials solve the problem of water purification from oil as well as the problem of producing low-cost sorbents from industrial waste such as polyethylene terephthalate, galvanic sludge, and sawdust.

сорбенточистка водынефтезагрязнениеоксид графенаполиэтилентерефталатферритизированный гальваношламмагнитосорбентотходы промышленности

sorbentwater purificationoil pollutiongraphene oxidepolyethylene terephthalateferritized galvanic sludgemagnetosorbentindustrial waste

1. Альжанов Б.А., Горовых О.Г. Содержание растворённых углеводородов нефти в объёме воды при использовании различных методов ликвидации аварийных разливов нефти // Тенденции и перспективы развития современного научного знания: материалы XVI Между-нар. науч.-практ. конф. М.: Изд-во «Институт стратеги-ческих исследований»: Изд-во «Перо», 2015. С. 29–33.

2. Гуславский А.И., Канарская З.А. Перспективные технологии очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов // Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 20. С. 191–199.

3. Харлямов Д.А., Денисова Т.Р., Маврин Г.В., Шайхиев И.Г. Физико-химические и сорбционные свойства композиционных материалов на основе отходов деревообработки и синтетического магнетита // Вода: химия и экология. 2018. № 10–12 (117). С. 119–125.

4. Шайхиев И.Г., Санатуллова З.Т., Шайхиева К.И., Свергузова С.В. Шерсть и отходы её переработки в качестве сорбционных материалов. 2. Органических соединений // Вестник Технологического университета. 2018. Т. 21. № 3. С. 103–109.

5. Собгайда Н.А., Ольшанская Л.Н. Сорбенты для очистки вод от нефтепродуктов. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. 108 с.

6. Николаева Л.А., Лаптев А.Г., Бородай Е.Н., Новые возможности утилизации шламов химической водоподготовки на ТЭС // Вода: химия и экология. 2009. № 3. С. 2–5.

7. Калинина Е.В., Глушанкова И.С., Рудакова Л.В., Сабиров Д.О. Получение модифицированного сорбента на основе шламов содового производства для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов с поверхности воды // Экология и промышленность России. 2018. Т. 22. № 5. С. 30–35. doi: 10.18412/1816-0395-2018-5-30-35

8. Тангиева Д.Б., Темирханов Б.А., Султыгова З.Х., Арчакова Р.Д. Применение терморасширенного графита при ликвидации разливов нефти // Химия и химическое образование. XXI век: материалы Всеросс. науч. конф. с междунар. участием. Владикавказ: Северо-Осетинский государственный университет им. К.Л. Хетагурова, 2014. С. 207–210.

9. Мелкозеров В.М., Журавлев Д.Н., Шарипов И.А., Вильданов А.А, Васильев С.И. Исследование свойств полимерных сорбентов различных модификаций, используемых для устранения нефтеразливов на водных акваториях арктической зоны // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2019. № 1. С. 49–54. doi: 10.33285/2411-7013-2019-1(286)-49-54

10. Панкеев В.В., Панова Л.Г., Свешникова Е.С. Модификация целлюлозосодержащих отходов, обеспечивающая создание сорбентов с высокой удельной нефтеёмкостью // Технические науки – от теории к практике. 2012. №. 7–2. С. 59–63.

11. Бухарова Е.А., Татаринцева Е.А., Ольшанская Л.Н. Получение сорбента на основе полиэтилентерефталата и его применение для очистки сточных и поверхностных вод от нефтепродуктов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2014. № 9. C. 31–34.

12. Бухарова Е.А., Татаринцева Е.А., Захаревич А.М. Изучение физико-химических и сорбционных свойств таблетированного сорбента на основе ТРГ // Журнал экологии и промышленной безопасности. 2014. № 1–2. С. 18–20.

13. Долбня И.В., Татаринцева Е.А., Козьмич К.В., Комиссаренко М.В., Шайхиев И.Г. Очистка нефтесодержащих сточных вод магнитосорбентами на основе ферритизированного гальваношлама // Вестник технологического университета. 2016. Т. 19. № 23. С. 154–156.

14. Бугерара Ф. Особенности сбора нефтепродуктов

с поверхности воды в условиях Севера // Экологические проблемы промышленных городов: сборник научных трудов 11-й Международной научно-практической конференции. Саратов: ООО «Амирит», 2023. С. 215–218.

15. Каменщиков Ф.А., Богомольный Е.И. Удаление нефтепродуктов с водной поверхности и грунта. М.:

Институт компьютерных исследований; Ижевск: Регулярная и хаотическая динамика, 2006. 525 с.

16. Витязь П.А., Шелег В.К., Капцевич В.М., Медведев В.Б., Мазюк В.В., Сорокина А.Н., Савич В.В. Определение краевого угла в капиллярно-пористых материалах // Заводская лаборатория. 1985. T. 55. № 4. С. 53–55.

17. Ященко И.Г. Тяжёлая и вязкая нефть различных секторов Арктики // Neftegaz.RU. 2024. № 11. С. 60–68.

18. Заусалина А.В., Валь А.В., Боярко Г.Ю. Сравнительная эффективность сорбентов нефти и нефтепродуктов, используемых в условиях Томской области // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2015. № 2. С. 51–55.

19. Ольшанская Л.Н., Татаринцева Е.А., Лазарева Е.Н., Яковлева Е.В., Арефьева О.А. Энерго- и ресурсосберегающие технологии утилизации металлсодержащих гальваношламов // Теоретическая и прикладная экология. 2021. № 4. С. 167–173. doi: 10.25750/1995-4301-2021-4-167-173

20. Knol M., Arbo P. Oil spill response in the Arctic: Norwegian experiences and future perspectives // Marine Policy. 2014. V. 50. Pt. A. P. 171–177. doi: 10.1016/j.marpol.2014.06.003

21. Павлов А.В., Васильева Ж.В. Исследование сорбентов нефти и нефтепродуктов для ликвидации аварийных разливов нефти в морях Арктического региона // Проблемы региональной экологии. 2019. № 5. С. 89–94. doi: 10.24411/1728-323X-2019-17089

1. Alzhanov B.A., Gorovykh O.G. Content of dissolved

oil hydrocarbons in water using various methods of oil spill response // Trends and prospects for the development of modern scientific knowledge: materialy XVI Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Moskva: Izdatelstvo “Institut strategicheskikh issledovaniy”: Izdatelstvo “Pero”, 2015. P. 29–33 (in Russian).

2. Guslavskшy A.I., Kanarskaya Z.A. Promising technologies for cleaning water and soil from oil and oil products // Herald of Kazan Technological University. 2011. No. 20. P. 191–199 (in Russian).

3. Kharlyamov D.A., Denisova T.R., Mavrin G.V. Shaikhiev I.G. Physicochemical and sorption properties of composite materials based on wood processing waste and synthetic magnetite // Water: Chemistry and Ecology. 2018. No. 10–12 (117). P. 119–125 (in Russian).

4. Shaikhiev I.G., Sanatullova Z.T., Shaikhieva K.I., Sverguzova S.V. Using wool and its processing wastes as sorption materials. 2. Organic compounds // Herald of Technological University. 2018. V. 21. No. 3. P. 103–109 (in Russian).

5. Sobgaida N.A., Olshanskaya L.N. Sorbents for water purification from oil products. Saratov: Saratov State Technological University, 2010. 108 p. (in Russian).

6. Nikolaeva L.A., Laptev A.G., Boroday E.N., New possibilities for recycling chemical water treatment sludge at thermal power plants // Water: Chemistry and Ecology. 2009. No. 3. P. 2–5 (in Russian).

7. Kalinina E.V., Glushankova I.S., Rudakova L.V., Sabirov D.O. Obtaining a modified sorbent based on soda production sludge for liquidation of oil and oil products spills from the water surface // Ecology and Industry of Russia. 2018. V. 22. No. 5. P. 30–35 (in Russian). doi: 10.18412/1816-0395-2018-5-30-35

8. Tangieva D.B., Temirkhanov B.A., Sultygova Z.Kh., Archakova R.D. Use of thermally expanded graphite in oil spill response // Chemistry and Chemical Education. XXI century: materialy Vserossiyskoy nauchnoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem. Vladikavkaz: North Ossetian State University after K.L. Khetagurov. 2014. P. 207–210 (in Russian).

9. Melkozerov V.M., Zhuravlev D.N., Sharipov I.A., Vildanov A.A., Vasilyev S.I. Investigation of the properties of polymeric sorbents of various modifications used to solve oil spills in the water areas of the Arctic zone // Environmental protection in oil and gas complex. 2019. No. 1. P. 49–54 (in Russian). doi: 10.33285/2411-7013-2019-1(286)-49-54

10. Pankeev V.V., Panova L.G., Sveshnikova E.S. Modification of cellulose-containing waste, ensuring the creation of sorbents with high specific oil capacity // Engineering sciences – from theory to practice. 2012.

No. 7–2. P. 59–63 (in Russian).

11. Bukharova E.A., Tatarintseva E.A., Olshanskaya L.N. Production of polyethylene terephthalate based sorbent and its use for waste and surface water clearning from oil products // Chemical and petroleum engineering. 2014. No. 9. P. 31–34 (in Russian).

12. Bukharova E.A., Tatarintseva E.A., Zakharevich A.M. Study of the physicochemical and sorption properties of a TEG-based tableted sorbent // Journal of Ecology and Industrial Safety. 2014. No. 1–2. P. 18–20 (in Russian).

13 Dolbnya I.V., Tatarintseva E.A., Kozmich K.V., Komissarenko M.V., Shaikhiev I.G. Treatment of oil-containing wastewater with magnetosorbents based on ferritized galvanic sludge // Herald of Technological University. 2016. V. 19. No. 23. Р. 154–156 (in Russian).

14. Bugerara F. Features of oil products collecting from the water surface in the North // Environmental problems of industrial cities: sbornik nauchnykh trudov 11-y Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Saratov: Amirit LLC, 2023. Р. 215–218 (in Russian).

15. Kamenshchikov F.A., Bogomolny E.I. Removal of oil products from the water surface and soil. Moskva: Institut kompyuternykh issledovaniy; Izhevsk: Regulyarnaya i khaoticheskaya dinamika, 2006. 525 p. (in Russian).

16. Vityaz P.A., Sheleg V.K., Kaptsevich V.M., Medvedev V.B., Mazyuk V.V., Sorokina A.N., Savich V.V. Determination of the contact angle in capillary-porous materials // Zavodskaya laboratoriya. 1985. V. 55. No. 4. P. 53–55 (in Russian).

17. Yashchenko I.G. Heavy and viscous oil from various sectors of the Arctic // Neftegaz.RU. 2024. No. 11. P. 60–68 (in Russian).

18. Zausalina A.V., Val’ A.V., Boyarko G.Yu. Comparative efficiency of oil and oil products sorbents used in the Tomsk region conditions // Environmental protection in oil and gas complex. 2015. No. 2. P. 51–55 (in Russian).

19. Olshanskaya L.N., Tatarintseva E.A., Lazareva E.N., Yakovleva E.V., Arefieva O.A. Energy- and resource-saving technologies for utilization of metal-containing galvanic sludges // Theoretical and Applied Ecology. 2021. No. 4. P. 167–173 (in Russian). doi: 10.25750/1995-4301-2021-4-167-173

20. Knol M., Arbo P. Oil spill response in the Arctic: Norwegian experiences and future perspectives // Marine Policy. 2014. V. 50. Pt. A. P. 171–177. doi: 10.1016/j.marpol.2014.06.003

21. Pavlov A.V., Vasilyeva Zh.V. Investigation of sorbents of oil and oil product for the elimination of emergency oil spills in the seas of the Arctic region // Problems of Regional Ecology. 2019. No. 5. P. 89–94 (in Russian). doi: 10.24411/1728-323X-2019-17089