Разработка и тестирование лабораторных образцов сорбента на основе производных целлюлозы с контролируемой пористостью

Разработаны лабораторные образцы мезопористых сорбентов на основе производных целлюлозы с различными значениями пористости. Значения плотности варьировались от 0.20 – до 0.86 кг/м3. С использованием метода эталонной порометрии определена пористость лабораторных образцов сорбента (определена открытая, закрытая и общая пористость). Размер пор составлял от 2 нм до 10 нм – 70 % от общего объема, 11 нм – 50 нм – 20 %, и остальное поры с размерами больше 50 нм. С использованием метода твердотельной ЯМР – спектроскопии установлена структура лабораторных образцов сорбента. Удалось получить спектры с разрешением, позволяющим различить 4 различных типа конформаций ангидроглюкозных звеньев. На основе анализа области твердотельного спектра ЯМР 13С, отвечающей атомам С-4, можно количественно оценить содержание различных форм целлюлозы. Протестированы лабораторные образцы сорбента в статическом и динамическом режиме, при сорбции нефти и продуктов нефтепереработки. В обоих случаях наблюдается, схожие характеристики процесс сорбции нефти с поверхности воды протекает за короткое время от 1 до 10 сек, при этом значительные нефтесорции достигают значений от 60 до 100 г. Для тестирования в “боевых” условиях был поучен лабораторный образец сорбента, для удаления нефти и продуктов ее переработки с поверхности воды на основе целлюлозы будет выполнен в виде полотен имеющих следующие размеры: ширина полотна - не более 2 м, длина - не более 3 м, толщина не более 0.1 м. Определены сорбционные характеристики лабораторных образцов. Разрабатываемый материал, по ключевым параметрам заметно превосходит все имеющиеся аналоги (высокая сорбционная способность по отношению к нефти и НП; высокая удерживающая способность; минимальное время поглощения основной массы разливов; возможность регенерации поглощенного продукта; экономичность; экологичность; технологичность изготовления и утилизации сорбента). Предлагаемый сорбент характеризуется развитой, контролируемой пористой структурой, что позволяет собирать за короткое время (от 1 до 10 сек) значительные количества нефти и нефтепродуктов (1г/до 100 г). При этом, нефтяное пятно локализуется на месте, не давая загрязнению распространяться. Сорбент за счет большого количества открытых пор эффективно удерживает в себе нефтепродукты без их вымывания даже при водотоке. В дальнейшем практически всю (до 98-99 %) сорбционную нефть можно легко извлечь с одновременно полной регенерацией сорбента. Сорбент изготовлен на основе природного полимера при особом режиме, с приданием материалу уникальных сорбционных свойств. Абсорбент состоит из полимерной матрицы, наполненной газом – воздухом (до 0.8 см3/г). Благодаря уникальным свойствам при нахождении в природе сорбент способен к самостоятельному разложению. Продукты разложения абсолютно безвредны и представляют собой воду и углекислый газ. Использование созданного сорбента приведет к предотвращению эффективной ликвидации разливов и протечек нефти, нефтепродуктов и смазочных материалов, решая экологические и экономические проблемы, не создавая при этом проблем с утилизацией. Проведено математическое моделирование зависимости эффективности сорбции нефтепродуктов от параметров процесса сорбции и состава лабораторных образцов. Моделирование процесса сорбции показало, что во всех случаях компоненты нефти сорбируются на поверхности за счет сильной физической сорбции (за счет π-π – стекинга с sp2 – гибридизовыванными участками углеродного материала). Подробно изучена иммобилизация основных компонентов нефти. Для всех соединений получены количественные данные о физической адсорбции. На основании изотерм адсорбции Ленгмюра, были вычислены константы адсорбционного равновесия K, параметр A∞ и ∆Gадс. В ходе выполнения проекта осуществлена подача заявки на регистрацию патента Все запланированные календарном планом работы выполнены в полном объеме.