Новые биоуглеродные материалы как эффективные сорбенты для очистки экосистем
Новые биоуглеродные материалы как эффективные сорбенты для очистки экосистем
от нефти и нефтепродуктов
А.В. Хохлов, Д.И. Швец, Л.И. Хохлова
Институт сорбции и проблем эндоэкологии НАН Украины, г. Киев
Загрязнение водных акваторий нефтепродуктами в последнее время принимает угрожающий характер. Используемые на сегодняшний день для очистки микропористые сорбенты и особенно активные угли не обеспечивают степеней очистки, например, сточных вод до уровней соответствующих ПДК. Это обусловлено, прежде всего, сложностью технологии получения таких углей. Сорбенты неорганической природы, помимо недостаточно высокой сорбционной емкости, требуют еще решения экологических задач и утилизаций.
В связи с этим, поиск новых перспективных видов нефтепоглощающих сорбентов, совмещающих в себе высокие поглотительные свойства, является актуальной проблемой.
В качестве критерия при создании сорбентов были приняты следующие факторы: экологичность, высокая сорбционная способность, деструктивные свойства. Исходя из этого, в качестве базового тезиса, был принят новый подход к созданию биоуглеродного сорбента деструктивного типа, а именно – создание в структуре матрицы целлюлозо-органоуглеродных кластерных структур – с особыми (необычными) свойствами, в частности, способностью обеспечить на таких кластерах жизнь микроорганизмов.
Биоуглеродные материалы были получены на основе растительного сырья путем их термообработки в функционально определенном режиме, обеспечивающим наличие в конечном материале, по крайней мере, пяти составляющих – целлюлозной, органической, углеродной, дефектно-кластерной и деструктивной. Сочетание в одном материале совершенно различных по своей природе и функциональному назначению составляющих позволяет полагать, что полученный впервые биоуглеродный материал должен характеризоваться свойствами, отличными или не присущими обычным углеродным сорбентам.
Как показано, биодеструктивная способность разработанных биоуглеродных материалов на 900-1000 % выше деструктивной способности применяемых сорбционных материалов различного типа. Важным при этом является то, что уже через 10-20 дней почти все компоненты нефти, за исключением особо вязких, полностью разлагаются до воды и углекислого газа. Самые тяжелые фракции нефти (или нефтепродуктов), в случае их наличия, разлагаются полностью по истечению нескольких месяцев за счет сорбционно-микробиологического процесса, протекающего при участии иммобилизованных микроорганизмов. Детальный анализ данных дает основания полагать, что разработанный биоуглеродный сорбент отвечает требованиям, выдвинутым к сорбенту при его разработке. Наличие целлюлозной кристаллической структуры, органической составляющей, углеродной, а также дефектно-кластерной свидетельствует о том, что в процессе термообработки в функционально зависимом режиме существует температурный интервал, в котором одновременно протекают несколько независимых процессов; первый – разрушение кристаллической целлюлозной структуры, переход матрицы в аморфное состояние и появление аморфной углеродной фазы; второй – улетучивание легкоудаляемых органических соединений и формирования за счет оставшихся тяжелых органических компонентов – кластерных структур; третий – образование дефектно-кластерных состояний; четвертый – активная иммобилизация микроорганизмов на сформированной матрице.
Достаточно высокая величина нефтеемкости (до 15 г/г), аномально высокая (более 98 %) деструктивная способность биоуглеродных сорбентов, сохранение деструктивной способности в широком от 50 до +40°С температур, обеспечивает разработанным сорбентам эксплуатационные характеристики, недостижимые иными сорбентами, используемыми на практике. Если же принять во внимание, что их себестоимость находится в пределах 5-7 долларов за кг, простота технологии получения и возможность их производства во многих регионах мира на основе растительного сырья (отходы деревообрабатывающей промышленности, рисовая солома, камыш и т.д.) обеспечивают высокую конкурентоспособность таких сорбентов перед всеми остальными.
Возвращаясь к причинам проявления столь высокой аномальности разработанных биоуглеродных материалов деструктивного типа следует отметить, что созданные сорбенты проявляют аномальные свойства не благодаря структурно-сорбционным параметрам а, по-нашему мнению, именно за счет формирования в материале целлюлозо-органо-углеродных кластеров с необычными величинами эксплуатационных характеристик, проявление которых, как уже упоминалось выше, обусловлено как необычностью свойств кластерных структур в сравнении с дефектами углеродных матриц, так и проявлением эффекта синергизма всех компонентов кластерной системы.
Важной практической особенностью разработанных биоуглеродных сорбентов деструктивного типа является их жизнеспособность (более 5 лет), решенность организационных вопросов – наличие ТУ и санитарно-гигиенического паспорта, а также саморегенеруемость сорбентов даже в условиях очистки экосистем с нефтяными загрязнениями на основе особо вязких нефтей.
Схожие публикации: