Синтетические сорбенты для улавливания паров углеводородов

В современном мире промышленные предприятия оказывают негативное влияние на окружающую среду, а также способствуют созданию вредных условий в рабочих помещениях. Практически любой углеводород является токсичным веществом и необходимо наиболее полное его устранение из воздуха для защиты атмосферы воздуха и сохранения здоровья работающих во вредных условиях. На данный момент разработано достаточное количество сорбентов как отечественных, так и зарубежных, для ликвидации паров углеводородов, однако не все способны обеспечить безопасность, удобство применения и гарантировать качественный результат. Синтетические полимерные сорбенты находят широкое применение для улавливания паров углеводородов, поскольку доступны, производятся в промышленных масштабах и часто являются отходами производства.

Актуальность данной проблемы подтверждается многочисленными исследованиями в этой области различными учеными в период с 2000 по 2019 год (рисунок 1).

В период с 2008-2018 гг. можем наблюдать рост публикаций научных статей (рисунок 1), что подтверждает значительность области разработки синтетических сорбентов.

Рисунок 1 - Анализ публикационной активности базы данных «Scopus» в области разработки синтетических сорбентов для улавливания паров нефти.

Наибольшее число работ приходится на такие страны как США, Россия, Испания, Китай и Индия (рисунок 2).

Документы по странам или территориям

Сравнить количество документов максимум по 15 странам^ерриториям

Scopus

юкие права ©2019 Elsevier B.V. Все права защищены. Scopus® является зарегистрированным товарным знаком Elsevier B.V.

Рисунок 2 - Публикационная активность по странам в области разработки синтетических сорбентов для улавливания паров нефти.

Ученые из технологического института Джоржии предлагают использование аминосиликатных гибридных материалов для улавливания углеводородов из окружающей среды. Аминосиликатные материалы были получены полимеризацией in situ азиридина на пористой оксидной пленке. Работы по исследованию и модернизации данных сорбентов продолжаются, т.к. необходимо решить вопросы связанные с эксплуатацией и многократностью применения [1].

Ученые из департамента химической инженерии и национальной лаборатории США синтезировали сорбент на основе нитрида бора. С помощью термогравиметрического анализа они выявили, что сорбент устойчив при температурах до 800 0 С, что гораздо выше чем у большинства известных сорбентов. Данный сорбент способен улавливать только легкие фракции углеводородов, т.к. адсорбция углеводородов с большой молекулярной массой замедляется [2].

Благодаря объединению Масачусетского университета технологии и университета науки и технологии Абу-Даби был синтезирован амино -функционализированный адсорбент для улавливания паров углеводородов. Адсорбент был получен путем пропитки 3- аминопропилтриэтоксисилана на мезопористом диоксиде кремния. Данный сорбент является термостойким сорбентом с относительно высокой сорбционной способностью [3].

По отраслям знаний публикационная активность преобладает в областях химии (34,4 %), инженерной химии (13,3 %), биохимии (13,3 %), науках об окружающей среде (11,1 %), науках о материалах (8,5 %). Наименьшая доля исследований приходится в медицине (2,1 %), сельском хозяйстве (2,2 %), инженерии (5,7 %) (рисунок 3).

Рисунок 3 - Публикационная активность по тематическим областям

В работе автора Pavel Otrisal рассматриваются вопросы подготовки и возможности использования сорбционных систем для изготовления складчатых фильтров. Материалы состоят из фильтрующей мембраны полимерных нановолокон, адсорбента, содержащего нановолокна из активированного угля , порошка SiO2 и двухслойного нетканого материала. В результате получается компактный тканевый материал с высокой проницаемостью, хорошей механической прочностью, который эффективно улавливает пары углеводородов [4].

Студенткой Башкирского государственного университета было проведено исследование сорбционных свойств сорбента на основе бромированного полистирола Sepabeads SP-207 модифицированного 5-гидрокси- 6-метилурацилом. Изучение сорбционных свойств проводилось на хроматографе "Chrom - 5" с детектором по теплопроводности в интервале температур 180 0С - 200 0С, скорость газо-носителя составляла 60 мл/мин.

Исследование полярности методом линейного разложения энергии Гельмгольца показало, что полярность сорбента с нанесенным на него поверхность 5-гидрокси-6-метилурацила составляет 34,8%, в то время как полярность образца с химической пришивкой ГМУ составила 29,4%. Таким образом, модифицирование пористых полимерных сорбентов 5-гидрокси-6-метилурацилом приводит к увеличению полярности поверхности.

Полученные сорбенты могут быть рекомендованы к селективному извлечению органических токсикантов из воздуха рабочей зоны [5].

В институте элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова российской академии наук был получен и исследован композит на основе сверхсшитых полистиролов с магнитными оксидами железа. Такие магнитные композиты сохранили уникальные сорбционные свойства сверхсшитых полистиролов. Были проведены исследования сорбции органических соединений из газообразного состояния. Для шести образцов этого сорбента, различных по массе, средняя величина сорбции толуола из паров составила 0.80±0.01 г/см3 (воспроизводимость измерений ~1.5%). При прошествии 2-х дней количество толуола, поглощенного сорбентом MN200 из насыщенных паров, достигает максимального значения в результате выяснилось, что полимерные композиты с магнетитом могут быть успешно использованы для ликвидации токсичных загрязнений с воздуха [6].

В данной работе проводили адсорбцию бензола из паровоздушного потока активным углем, изготовленным из торфа, полимерных текстильных отходов и серной кислоты. Данный адсорбент имеет наиболее развитые микропоры. Было выявлено, что стабильное поглощение бензола проходит на третьей стадии. Сорбционная емкость составляет 0,055 г/г. Авторы статьи предлагают использовать данный сорбент для рекуперационной очистки паровоздушных смесей от паров бензола [7].

В лаборатории «Сорбенты, сорбирующие изделия» Института нефти и газа Сибирского федерального университета проведены исследования фильтров дыхательного клапана СМДК. Фильтр выполнен в виде быстросъемной кассеты и представляет собой корпус цилиндрической формы, заполненный волокнистым полиэфирным сорбентом. Анализ исследований показал, что применение фильтра из волокнистого полиэфирного сорбента в дыхательном клапане сокращает вредные выбросы ароматических, что способствует снижению загрязнения окружающей среды, сокращению экономических потерь, сохранению качественного и количественного состава топлив и повышению пожаро- и взрывобезопасности резервуарных парков складов ГСМ [8].

Таким образом, приведенный обзор литературных данных зарубежных и отечественных источников показывает, что достаточно активно ведутся работы по созданию и исследованию полимерных сорбентов, для очистки атмосферного воздуха, рабочих помещений и резервуарных парков от вредных веществ.