При транспортировке и переработке нефти часто происходят аварии, связанные с разливом топлива. Это наносит большой урон окружающей среде, загрязняя почву и воду. Для устранения последствий разлива используют специальные сорбенты, которые поглощают загрязнитель. Самым эффективным материалом считается терморасширенный графит. Часто предприятия по переработки нефти находятся в труднодоступной местности, поэтому очень сложно быстро изготовить такой сорбент и доставить к месту аварии вовремя. Ученые ПНИПУ совместно с коллегами из ООО «Силур» разработали компактный генератор и специальную смесь для изготовления терморасширенного графита прямо внутри очага чрезвычайной ситуации.
Разлив нефти / © Getty images
Уникальная технология позволит создавать качественный сорбент для быстрого реагирования при разливе нефтепродуктов. Статья опубликована в Вестнике Самарского государственного технического университета «Взрывчатые вещества, пороха и твердые ракетные топлива. Синтез, свойства, технология». Исследование проведено при финансовой поддержке Минобрнауки России.
Есть широкий спектр сорбентов, подходящих для устранения нефти при аварии, но их поглощающая способность очень низкая. Тогда как терморасширенный графит поглощает загрязнитель сильнее, при этом он дешевый, доступный и экологичный. Это высокопористый порошкообразный материал, всего один его грамм поглощает до 50-100 граммов нефтепродукта, как на почве, так и на воде.
В России такой материал изготавливается в специальных печах. Производится он из интеркалированного графита, который под действием высокой температуры в десятки раз увеличивается в объеме, образуя червеобразные элементы с низкой теплопроводностью и высокой термической стойкостью. Однако производство терморасширенного графита на предприятиях не позволяет оперативно доставлять его на удаленные места аварий, связанных с разливом нефти.
Именно эту проблему решили ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из ООО «Силур». Они предлагают получать такой сорбент непосредственно на месте аварии с помощью разработанного компактного генератора. Для этого важно подобрать подходящий рецепт состава и разработать новую конструкцию для его изготовления.
«Генератор устроен очень просто. Это контейнер с уже подготовленной смесью, который можно компактно доставить к месту аварии. Потребитель просто активирует устройство и уже через мгновение собирает сгенерированный сорбент в отдельный тканевый контейнер. Оттуда его уже выгружают на место разлива, где червеобразные частицы графита впитывают в себя нефть как губка. В дальнейшем собранный нефтепродукт можно отжать. Сейчас мы дорабатываем конструкцию генератора и его состав, после чего разработку можно будет внедрять в производство», – поделился студент кафедры «Технология полимерных материалов и порохов» ПНИПУ Андрей Мякшин.
Генератор содержит графит и нагревательную смесь, которая активирует процесс терморасширения. От этого этапа зависит эффект поглощения нефти. Нагревательная смесь состоит из металлического горючего и окислителя – фторопласта. Такая система дает при горении большую температуру до 3800 К, под действием которой генерируется необходимый материал.
«Мы провели эксперименты с металлами магния, алюминия и бора. Все компоненты перемешивали с графитом и фторопластом и воспламеняли в генераторе. После получения терморасширенного графита мы изучили его свойства и способность поглощать нефть. Самым оптимальным составом оказалась рецептура на основе магния. Она позволяет генерировать материал с хорошими сорбционными свойствами, отличается дешевизной, легкостью поджигания и стабильностью горения», – объясняет научный руководитель проекта, доцент кафедры «Технология полимерных материалов и порохов» ПНИПУ Людмила Хименко.
Так ученые разработали эффективный состав на основе магния, фторопласта и интеркалированного графита в соотношении 1:1:3. Благодаря этому можно легко и быстро изготовить необходимый материал прямо на месте аварии и устранить разлив нефти.
«Мы выяснили, что также можно модифицировать состав, если изначально пропитать графит насыщенным раствором перманганата калия. Распределение и внедрение вещества при этом происходит равномерно, а терморасширенный графит можно получить всего за 2-3 секунды. Такое усовершенствование обеспечивает быстроту и стабильность воспламенения» – рассказывает аспирант кафедры «Технология полимерных материалов и порохов» ПНИПУ Роман Бердников.
Разработанный учеными ПНИПУ совместно с коллегами из ООО «Силур» компактный генератор и состав к нему – это уникальный, удобный и перспективный способ доставки терморасширенного графита к месту аварии. Такая технология позволит быстро и качественно устранять нефтепродукты из зоны загрязнения. Разработка будет полезна для нефтеперерабатывающих предприятий, автосалонов, для сбора токсичных металлов, жидкостей и для военных в СВО.
