Новый сорбент для устранения аварийных разливов нефти

Ученые кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева исследовали новый сорбент для устранения аварийных разливов нефти

За 2020-2021 годы новости об аварийных разливах нефти приходилось читать как никогда часто. Только один из последних разливов из-за протечки нефтепровода в Саратовской области привел к загрязнению 700 кв.м территории. Экономические последствия таких катастроф тоже немаленькие – штраф дочерней компании «Норникеля» за разлив в мае 2020 года составил 146,2 млрд рублей.

Группа исследователей кафедры наноматериалов и нанотехнологии под руководством профессора, д.х.н. Королёвой Марины Юрьевны и ассистента Широких Сергея Александровича предложили способ устранения аварийных разливов нефти с помощью особого полимерного материала на основе стирола и дивинилбензола. Этот материал способен буквально собирать нефть с поверхности воды за счет своей пористой структуры. Подобно губке для мытья посуды он впитывает в себя масляную фракцию.

Структура сорбента

Структура сорбента

Подобные материалы – сорбенты – и раньше предлагались для устранения разливов, однако, их создание и использование связано с несколькими проблемами.

Во-первых, такой сорбент должен иметь достаточно большую площадь поверхности, то есть иметь много мелких пор, чтобы собирать большие объемы жидкости. Ученые кафедры наноматериалов и нанотехнологии исследовали способ получения именно таких материалов с помощью высококонцентрированных обратных эмульсий – капель воды в «матрице» из жидкого мономера. В процессе отверждения вода испаряется, оставляя после себя полимерную губку. Причем такая губка имеет не просто большое количество пор - они открытые. Это позволяет заполнять поры, которые находятся не только на поверхности, но и в объеме материала.

Важную роль играет и то, как материал взаимодействует с водой. Если сорбент будет впитывать не только нефть, но и воду, это будет сильно снижать его эффективность. В этом плане предложенный полимер на основе стирола и дивинилбензола имеет достаточную гидрофобность (буквально “отталкивает” воду), чтобы при определенных условиях сорбировать исключительно нефтепродукты.

Капли керосина и воды на сорбенте

Капли керосина и воды на поверхности сорбента

Ученые кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева предположили, что при удалении тонких пленок нефти с поверхности воды существует некий критический размер пор. В слишком крупных порах создается подходящие условия для сорбции не только масляной фазы, но и воды. Если же их уменьшить до достаточных размеров (меньше критического), удаление тонких пленок нефти с поверхности воды будет проходить более избирательно. Причем значение этого критического размера зависит от вязкости масляной фазы. Например, для эффективной сорбции трансмиссионного масла нужны поры не более 3,2 мкм. Несмотря на то, что больший размер приводит к увеличению скорости поглощения трансмиссионного масла, также увеличивается и скорость впитывания воды, что приводит к существенному снижению эффективности сорбента.

Размер пор 3 мкм
Размер пор 20 мкм

Поглощение трансмиссионного масла сорбентом с порами 3 и 20 мкм

Разработка ученых потенциально позволит не просто эффективно удалять тонкие пленки нефти «здесь и сейчас», но и снизить стоимость таких работ. Сорбенты на основе стирола и дивинилбензола в отличие от многих используемых сегодня можно регенерировать и использовать снова при последующих разливах.


Текст подготовлен аспирантом кафедры наноматериалов и нанотехнологии - Широких Анастасией Дмитриевной.


_