Сорбент усвр описание кратко
Обновлено: 02.07.2024
Исследованы возможности применения новых углеродсодержащих материалов на основе графита в качестве сорбентов при ликвидации нефтяных загрязнений. Проведен сравнительный анализ этих материалов с сорбентами нефти, предлагаемыми на Российском рынке. В лабораторных условиях изучены механизмы, протекающие в системе сорбент–нефть–вода. Исследованы основные параметры, предъявляемые к сорбентам нефти (полная сорбционная емкость по отношению к нефти и нефтепродуктам, зависящая от вязкости поглощаемого вещества и от плотности сорбента, плавучесть, водопоглощение, также изучены процессы регенерации сорбентов после сбора нефти). Исследуемые нами материалы обладают весьма высокими сорбционными характеристиками и имеют неорганическую основу. Этот факт весьма важен, так как при решении вопросов утилизации и (или) регенерации сорбентов, в случае их органической основы, появляется ряд дополнительных проблем, связанных, в первую очередь, с низкой рентабельностью их возврата в технологический цикл.
1. Аренс В.Ж., Гридин О.М. Проблема нефтяных разливов и роль сорбентов в ее решении. // Нефть, газ и бизнес. – 2000. – № 5. – С. 27–30.
2. Аренс В.Ж, Гридин О.М. Семь раз отмерь. Рекламные иллюзии и реальные перспективы применения нефтяных сорбентов. // Нефтегазовая вертикаль. – 2000. – № 9. – С. 108.
3. Орлов Д.С, Садовкина Л.К., Лозановская И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. – М.: Высш. шк., 2002. – С. 214.
4. Темирханов Б.А. Исследование основных свойств нефтяных сорбентов и их сравнительный анализ // Актуальные проблемы современной науки. Ч.13. Экология: Труды 5-й Международной конференции молодых ученных и студентов. 7–9 сентября 2004. – С. 127.
5. Исследование возможности регенерации и повторного использования некоторых сорбентов для сбора нефти / Б.А. Темирханов, З.А. Темердашев, Б.Д. Елецкий, О.А. Шпигун // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2005. – № 5. – С. 16.
Одной из актуальнейших задач в области оценки экологического состояния является разработка единого комплексного подхода к проблеме качества среды и, в частности, воды, а также критериев оценки этого качества.
Одним из основных направлений деятельности по снижению уровня рисков возникновения чрезвычайных ситуаций, обусловленных разливами нефти и нефтепродуктов, является выполнение комплекса мероприятий с целью формирования эффективной системы реагирования на ЧС [3].
Материалы и методы исследования
Для ликвидации последствий разлива нефти и нефтепродуктов используют преимущественно механические и сорбционные методы. Однако при толщине нефтяной пленки менее 1-2 мм, а также при малой глубине водоема использование механических средств становится невозможным. В таких условиях наиболее эффективны специальные нефтесорбирующие материалы.
Крупномасштабные разливы нефти и нефтепродуктов при авариях танкеров и повреждениях нефтяных платформ относятся к наиболее частым и опасным по своим последствиям чрезвычайным ситуациям, поэтому проблема очистки воды от этих загрязнителей в настоящее время очень актуальна.
Качественное удаление нефтяных загрязнений не обходится без применения различного рода сорбентов [1].
Для сравнения основных характеристик новых материалов, нами были параллельно изучены предлагаемые на Российском рынке некоторые нефтяные сорбенты.
Для России нефтяные сорбенты являются сравнительно новым продуктом, поэтому и информация о них чрезвычайно ограничена и имеет, как правило, рекламный характер.
Исследование графитов в качестве сорбентов нефти в Российской науке и технике является очень актуальной и имеет практическое будущее.
Рис. 1. По данным электронной микроскопии: а - увеличение 130; б - увеличение 1010
Исследуемые нами пенографиты представляют собой червеобразные искривленные гранулы. Тонкие листочки графита ~0,1 мкм образуют сложную открытую ячеистую микроструктуру с размерами пор 1-20 мкм. В сечении поры имеют полигональную изометрическую или слабоудлиненную форму (см. рис. 1,б).
Эти удивительные материалы мало изучены в качестве сорбирующих веществ. В научной литературе информация о пенографитах в качестве сорбентов очень ограничена.
Научной новизной данной исследовательской работы является изучение физико-химических, химических и механических характеристик этих материалов.
Результаты исследования и их обсуждение
Анализ технического сбора нефти и физико-химических закономерностей сорбции позволяет сформировать основные требования к оптимальному сорбенту для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды и почвы. К ним, в частности, относятся наличие у сорбента высокой нефтепоглощающей и низкой водопоглощающей способностей, плавучесть, возможность регенерации сорбента с целью возврата нефти в производственный цикл собранной нефти, низкая стоимость, доступность и др. [2].
Ранее было установлено [4], что сорбция нефти и нефтепродуктов различными сорбентами существенно зависит не только от плотности самого сорбента и вязкости нефти, но и от времени насыщения. Сорбционная емкость определялась гравиметрическии во временном диапазоне от 5 до 120 мин. Исследованы такие важные характеристики новых сорбентов, как полная сорбционная емкость по отношению к нефти и нефтепродуктам, водопоглощение, плавучесть, сорбция нефти с морской поверхности при различной толщине нефтяного слоя.
Важной научно-практической частью исследований является также проведение сравнительного анализа СТРГ и УСВР с предлагаемыми на российских рынках сорбентами. Для этого изучены некоторые характеристики коммерческих сорбентов, таких как, Новосорб, Униполимер, НЕС, Лессорб, также изучалась возможность применения сорбента на основе карбонизованной рисовой лузги (РЛ).
Основными требованиями, предъявляемыми к нефтяным сорбентам, являются полная сорбционная емкость, плавучесть, водостойкость, способность к регенерации после сбора и доступность исходного вещества.
Результаты исследований показывают, что полная сорбционная емкость СТРГ и УСВР, зависящая от вязкости и от времени сорбции, составляет 50-60 г нефти на 1 г сорбента, тогда как для коммерческих сорбентов эта величина колеблется в пределах 3-20 г/г.
Были изучены кинетические зависимости сорбционной емкости некоторых сорбентов. Такая зависимость приведена на рис. 2.
Сорбенты УСВР и СТРГ насыщаются нефтью за 10 с (быстрая реакция при контакте их с нефтью), в дальнейшем происходит медленное заполнение пространства между порами в капиллярной структуре сорбентов в течение 120 мин.
Рис. 2. Кинетика насыщения сорбентов нефтью: 1 - РЛ; 2 - Лессорб; 3- СТРГ; 4 - УСВР
Плавучесть СТРГ и УСВР составляет 100% (после 4-х дней испытаний новых сорбентов на дно стакана с водой не опустилась ни одна гранула). Столь высокая степень плавучести СТРГ и УСВР связана с высокой гидрофобностью их поверхности и структурой (воздух, содержащийся в порах терморасщепленного графита, не вытесняется водой). В процессе очистки воды сорбированные нефтепродукты повышают гидрофобность поверхности, вследствие чего плавучесть этих сорбентов еще возрастает.
Резерв времени для локализации нефтяного разлива без существенного ущерба окружающей среде, в зависимости от погодных условий, обычно не должен превышать 24-72 ч с момента аварии. Использование при ликвидации нефтяного загрязнения сорбентов типа СТРГ и УСВР, сохраняющих плавучесть в течение длительного периода времени, позволяет значительно увеличить резервы времени для проведения подготовительных мероприятий и сбора нефти.
Сорбенты УСВР и СТРГ эффективно удерживают поглощенную нефть и при контакте с водой не десорбируют ее, удерживая в порах структуры. На эффективность сорбции не влияет минерализация воды, волнение ее поверхности, продолжительность удержания адсорбированного вещества.
После сбора нефти необходимой составной частью адсорбционной технологии является извлечение адсорбированного вещества из твердого поглотителя.
Исследованы методы регенерации сорбентов после сбора нефти. К числу основных методов десорбции относится механическое отжатие, так как этот процесс позволяет быстро и экономично извлечь собранную нефть и нефтепродукты. В этом случае, в зависимости от типа нефти и свойств сорбента, удается извлечь для полезного использования от 60 для коммерческих сорбентов и до 95% собранной нефти в случае СТРГ и УСВР. После отжима проводится термическая обработка с целью очистки сорбентов от остатков нефти. Надо отметить что, изученные коммерческие сорбенты не применимы многократно. После регенерации (механический отжим) происходит разрушение структуры, что не характерно для СТРГ и УСВР. Эти сорбенты можно использовать несколько раз с учетом снижения способности к сорбции нефти.
Зависимость сорбционной емкости сорбентов СТРГ и УСВР от кратности их использования приведена на рис. 3.
Рис. 3. Зависимость сорбционной емкости сорбентов от кратности их использования: 1 - УСВР; 2 - СТРГ
Как видно из рис. 3, сорбционная емкость этих веществ после каждого применения резко снижается.
Остатки нефти, остающиеся после регенерации сорбентов, количественно выгорают при температурах 500°С, однако при этом надо учитывать тот факт, что применяемые сорбенты под действием температуры окисляются и частично выгорают.
С этой целью авторами данной работы изучены некоторые процессы, протекающие при термической обработке сорбентов УСВР и СТРГ. Полученные термограммы сорбента СТРГ и УСВР позволяют судить о том, что в диапазоне от 0 до 550 и 600°С соответственно сорбенты сохраняют полную устойчивость, масса сорбента стабильна. Интенсивное окисление и выгорание этих материалов за счет кислорода воздуха начинается от 600°С [5]. Термическая стойкость этих сорбентов играет важную роль в процессе очистки отработанного сорбента. Полученные термограммы сорбента СТРГ (рис. 4 а), позволяют судить о том, что в диапазоне от 0 до 550°С сорбент сохраняет полную устойчивость, масса сорбента стабильна. Интенсивное окисление и выгорание СТРГ за счет кислорода воздуха начинается от 580°С, что отражено на кривой ДТА в виде сложного растянутого экзоэффекта, вплоть до 700°С. При дальнейшем нагреве кривая потери веса продолжает плавно убывать.
Как показывают данные рис. 4, б, потеря массы сорбента УСВР протекает в два ярко выраженных этапа. Потеря массы на первом этапе составляет 5-8% при влажности окружающей среды 80-85% и сопровождается небольшим экзотермическим эффектом на кривой ДТА. Потеря массы сорбента на первом этапе наблюдается уже при 250°С и кривая TG незначительно убывает вплоть до 600°С. Очевидно, на первом этапе происходит выгорание низкомолекулярных компонентов, содержащихся в сорбенте УСВР. Второй этап потери массы при скорости нагрева 10 о /мин наблюдается в температурном интервале 600-740°С, в котором наблюдается интенсивное выгорание сорбента УСВР.
Рис. 4. Дериватограммы сорбентов СТРГ(а) и УСВР (б) в атмосфере воздуха: T - температура нагрева образца; DTA - дифференциально-термическая кривая; TG - изменение массы;DTG - скорость изменения массы
Изучены свойства углеродсодержащих материалов, предъявляемые к сорбентам нефти, и их структура для целей очистки вод от нефти и нефтепродуктов. Показано, что они являются по структуре объемно-пористыми материалами, общим для всех этих материалов являются гидрофобность и олеофильность их поверхности.
Наибольшая степень очистки водной поверхности от нефти достигается сорбентами УСВР и СТРГ (до 99%).
Полученные результаты научных исследований авторов расширяют базу для решения важной экологической задачи - разработки принципов и практических мер, направленных на охрану живой природы.
Борукаев Т.А., д.х.н., профессор кафедры органической химиии высокомолекулярных соединений КБГУ, г. Нальчик;
Вода, несмотря на простую химическую структуру - два атома водорода и один атом кислорода - является, без преувеличения, основой жизни на Земле. Не случайно в поисках инопланетных цивилизаций ученые тратят так много сил на поиск следов воды. Первостепенная роль этого простого соединения в том, что она является универсальным растворителем огромного количества химических веществ. В водной среде протекают практически все жизненно важные процессы, происходит бесчисленное количество химических реакций, которые лежат в основе жизни. Являясь важной составной частью жидких сред организма - крови, лимфы, межтканевой жидкости, вода омывает клетки и принимает непосредственное участие в обмене веществ.
Определенное содержание воды - необходимое условие существования живого организма. Изменение количества жидкости и ее состава может привести к нарушениям в процессах пищеварения, усвоения пищи, производства крови и других важных функциях. Когда человек пьет воду, он не просто утоляет жажду - он пополняет и обновляет ее запас, без которого невозможно жить.
По мнению экспертов ситуация критическая. "Если еще лет 30 население России будет пить ту воду, которую пьет сегодня, то просто никого не останется", - предупреждает директор Института экологии человека и гигиены окружающей среды академик Российской академии наук Юрий Рахманин.
Полная схема очистки питьевой воды муниципальными водоканалами в России выглядит следующим образом:
хлорирование для предотвращения дальнейшего микробиологического заражения воды, которая по трубам проходит от станций водоочистки до наших квартир.
В середине 70-х годов ученые обнаружили, что ряд соединений хлора являются опасными канцерогенами - веществами, вызывающими развитие раковых опухолей. Хлор, взаимодействуя с органическими соединениями, находящимися в водопроводной воде, может образовывать хлорорганические соединения, такие, например, как трихлорметан. Трихлорметан - это хлороформ, который вызывает рак у лабораторных животных. Не стоит забывать, что хлор применялся как боевое отравляющее вещество, а значит, - это все-таки яд. Если запустить рыбок в воду, набранную из-под крана, то они погибнут. А мы считаем эту воду питьевой. Только представьте себе - хлорированная вода на 30 % ускоряет процесс старения. А, по мнению ученых, питьевая вода хорошего качества способна увеличить среднюю продолжительность жизни на 20-25 лет!
Насколько проблематична очистка или замена трубопроводов ясно без лишних комментариев. Половина труб федеральной водопроводной системы изношена и подлежит замене. Но даже при полном финансировании этой задачи на замену уйдут десятилетия, так как суммарная длина сетей составляет 543 тысячи километров, что превышает длину экватора в 13 раз!
По данным сайта waterproblem.ni за 25 лет в наш организм из водопроводных труб попадает:
незваные гости - в большинстве поверхностных и части подземных вод обитает большое количество разнообразных микроорганизмов: бактерий, вирусов, простейших, водорослей и грибков. Часть из них, способную вызывать заболевания (иногда и смертельно опасные), принято называть болезнетворными или патогенными. Присутствие данных микроорганизмов в воде делает ее потенциально опасной для здоровья человека, причем как при приеме ее внутрь, так и при мытье, купании и даже при вдыхании водных паров.
ОБМАНЧИВАЯ АЛЬТЕРНАТИВА
Все больше людей понимают, как опасно употреблять в пищу воду из-под крана. Для собственной безопасности они используют разные рецепты.
БУТИЛИРОВАННАЯ ВОДА
Отдельно необходимо отметить, что очистка воды с последующей полноценной минерализацией требует довольно больших затрат, на которые идут далеко не все производители. На сегодняшний день большое количество бутилированной воды производится не по заявленной технологии. Нередко производство выглядит следующим образом: рабочие в резиновых сапогах забираются в большую ванную, наполненную водой из-под крана, замешивают в ней коагулянт (осветлитель), дают воде отстояться и разливают по бутылкам. Кроме всего прочего, бутилированная вода все чаще подделывается. Рынок питьевой воды растет семимильными шагами - по разным оценкам от 20% до 30% в год. Этим активно пользуются мошенники. Покупая питьевую воду, нельзя до конца быть уверенными в том, что она качественная и не разлита просто из-под крана.
ТЕМПЕРАТУРА И ВРЕМЯ
Еще один способ обезопасить себя - кипятить и отстаивать воду. При кипячении воды оседают коллоидные частицы грязи, вода умягчается, уменьшается содержание легколетучих компонентов и часть свободного хлора, уничтожаются многие опасные бактерии, вирусы и возбудители паразитарных заболеваний. Вот только вреда получается не меньше, чем пользы.
При длительном кипячении разрушается сама структура воды, возрастает концентрация нелетучих веществ, солей тяжелых металлов, пестицидов, органических веществ. Кипячением невозможно удалить соли железа, кадмий, ртуть, нитраты. Вместе с парами хлора и его соединений при кипячении воду покидает кислород, а в осадок выпадает значительная часть содержащихся в жесткой воде солей, способных накапливаться в организме и приводить к мочекаменной болезни.
Более того, хлор и его производные при кипячении вступают во взаимодействие с различными органическими веществами, образуя канцерогенные тригалометаны. Хлор, связанный с органикой при нагревании может превращаться в страшнейший яд - диоксин. Последний относится к категории особо опасных веществ и в тысячи раз более ядовит, чем цианистый калий.
ФИЛЬТРАЦИЯ ВОДЫ
До недавнего времени лучшим сорбентом для очистки и доочистки питьевой воды являлся активированный уголь, в том числе лучший из промышленно производимых активированных углей - американский гранулированный активированный кокосовый уголь (GАС). Уголь очищает воду от широкого класса примесей, однако его сорбирующая (очищающая) способность и ресурс довольно невелики. Производители угольных фильтров часто дают не совсем достоверную информацию об их возможностях. Так, в рекламе некоторых известных фильтров указывается, что угольный фильтр способен в 100 раз уменьшить содержание в воде органических примесей. А на самом деле, новый угольный фильтр способен уменьшить содержание такого рода примесей только в два раза.
Активированный уголь не сорбирует:
Старый, долго используемый, угольный фильтр начинает не очищать, а загрязнять воду: на входе вода лучше, чем на выходе. Так происходит потому, что из угольной массы начинает вымываться ранее скопившаяся в ней грязь.
Уголь обладает еще одной неприятной особенностью - в нем хорошо размножаются бактерии. Именно поэтому производители угольных фильтров рекомендуют сохранять свою продукцию в холодильнике. Небольшая сорбционная способность и ресурс угольных фильтров, а также тот факт, что некоторые примеси уголь почти не сорбирует, не позволяют при помощи угля глубоко очистить загрязненную воду. Если пропустить через угольный фильтр неочищенную воду, подаваемую по частично проржавевшим трубам, то окажется, что его возможности равны нулю: на входе желтая непитьевая вода, на выходе - желтоватая вода, тоже непитьевая. Несмотря на привлечение внимания к таким недорогим и малоэффективным методам очистки, невозможно не признать несовершенство данной технологии.
ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УСВР
УСВР химически инертен, электропроводен, гидрофобен (краевой угол смачивания более 90 градусов), устойчив к агрессивным средам, экологически чист. Содержание углерода не менее 99,4%, насыпная плотность - 0,01-0,001 г/куб.см (в зависимости от способа изготовления). Удельная поверхность - 2000 кв.м на 1 г. Диапазон рабочих температур: от -60 град.по Цельсию до +3000 град.по Цельсию.
В 2004 году лаборатория Siегга Аnalytical LаЬs, Iпс. (США, Калифорния) провела сравнительный анализ сорбционной ёмкости УСВР и лучшего из активированных углей, представленных на американском рынке кокосового гранулированного активированного угля (GAC). Выявлено превосходство первого над вторым по уменьшению следующих показателей:
В ряде случаев превосходство УСВР-фильтров над другими видами фильтров является даже не кратным, а абсолютным.
Так, например, ни один в мире фильтр не в состоянии полностью очистить воду от гумуса. УСВР-фильтр может, а другие фильтры не могут сделать питьевой болотную воду (т.е. преимущество абсолютно).
При очистке УСВР-фильтрами промышленных стоков было установлено, что они поглощают нефтепродукты и эфирорастворимые вещества до уровней, ниже, чем уровень ПДК (кратность очистки более 1000).
УСВР хорошо очищает воду от нерастворенных примесей и плохо - от растворенных. Если бы УСВР хорошо удаляла из воды и истинные растворы, то ее нельзя было бы использовать для очистки питьевой воды: в результате получился бы дистиллят. Суть в том, что в воде, прошедшей УСВР-фильтрацию, сохраняются натуральные соли и микроэлементы.
Высшая степень очистки это далеко не единственный плюс от применения нанофильтров. Благодаря эффекту нанофильтрации вода приобретает еще и ряд целебных свойств - структурируется, в ней сохраняются многие полезные соли и микроэлементы. Отмечено, что вода после нанофильтрации повышает работоспособность, способствует восстановлению организма после физических нагрузок, повышает иммунитет. Нанофильтры не просто очищают воду от вредных примесей и микроорганизмов, но еще и делают ее подобной талой воде чистых горных ледников.
УСВР-фильтр работает подобно мембранным бытовым фильтрам. Подобно - не значит, что также - намного лучше! Дело в том, что мембраны удерживают примеси только одной плоскостью или несколькими плоскостями, а УСВР удерживает их объёмом. Чтобы засорить мембрану или систему мембран мелкими и мельчайшими примесями, достаточно пропустить через них объем воды, в несколько раз меньший, чем для того, чтобы засорить объёмный УСВР-фильтр. Мембранные фильтры необходимо не только регулярно промывать (а система обратной промывки резко удорожает очистку воды), но и менять значительно чаше, чем картриджи УСВР-фильтров, не требующие никакой промывки.
УСВР-фильтры обеспечивают принципиально новый уровень водоочистки, при котором вода становится не только кристально чистой, но и приобретает целебные свойства.
Доказано, что УСВР оказывает лечебное воздействие при нанесении на раны, ожоги, трофические язвы. Исследования проводили учёные Военно-медицинской академии (СПб), института Скорой помощи имени Джанелидзе (СПб), ФГУП «Центр экстремальной медицины (Москва). В Российском кардиологическом центре Министерства здравоохранения РФ были проведены испытания сорбционных свойств УСВР в процессе очистки плазмы крови. Установлена эффективность УСВР при сорбировании из плазмы мочевой кислоты (уровень снижения показателей - более 50%). Отмечена тенденция к снижению уровня креатинина (метаболита азотистого обмена).
В пользу УСВР-отфильтрованной воды говорят такие объективные свидетели, как кошки и собаки. Если животному предложить на выбор несколько чашек, в которых находится водопроводная, бутилированная и УСВР-вода, то оно безошибочно выберет последнюю. Чашки можно поменять, налив, например, УСВР-воду в ту чашку, где раньше была бутилированная вода, но результат не изменится: животное, имея выбор, будет пить УСВР-воду. Известно, что аквариумную воду желательно менять раз в 7-14 дней (в зависимости от объёма аквариума). Для этого водопроводную воду нужно отстаивать в отдельной ёмкости. Замечено, что аквариумные рыбы замечательно чувствуют себя в воде, отфильтрованной через УСВР (отстаивать ее для этого не требуется), и менять воду можно в 2 раза реже.
Хорошо известен факт повышенной биологической активности чистой талой природной воды (например, тающих горных ледников). УСВР-фильтрация придает воде свойства талой воды, что и объясняет её биологическую активность. Вода после УСВР-фильтрации приобретает характерный голубой цвет, такой как у талой воды чистых горных ледников (даже если исходная вода была желтой и ржавой). Отметим, что дистиллированная вода - бесцветна.
Уникальные преимущества УСВР:
Согласно данным лаборатории Siегга Аnalytical Labs, 1пс. (США, Калифорния, 2004 год), УСВР по степени поглощения различных загрязняющих веществ более чем в 100-300 раз превосходит лучший на американском рынке сорбент GAC (гранулированный активированный уголь из скорлупы кокосового ореха);
УСВР практически не имеет равных в очистке гумусовой (болотной) воды, а также воды, загрязнённой органическими соединениями, в частности маслами, нефтепродуктами;
УСВР особенно эффективен в очистке от наиболее вредных загрязнителей водопроводной воды - остаточного хлора и хлорорганики, остаточного алюминия, коллоидного железа (мельчайшей ржавчины) и других тяжелых металлов, механических примесей;
Вода после УСВР-фильтрации приобретает характерный голубой цвет, такой как у талой воды чистых горных ледников;
Вода, очищенная и структурированная УСВР, становится не только кристально чистой, но и приобретает целебные свойства, легко усваивается, способна повышать иммунитет, В ней сохраняются натуральные соли и микроэлементы;
УСВР - эффективное средство от целого ряда заболеваний и может применяться на станциях переливания крови, при очистке печени, заживлении ран и ожогов;
Фильтры на основе УСВР компактны, легки, удобны и функциональны. Имеются модели фильтров, которые могут быть использованы не только в квартирах, в офисах и на предприятиях, но и для фильтрации воды из любого природного источника (озера, реки), на охоте и рыбалке, на даче, в больнице, в поезде, в турпоездках, в городах и странах с плохой водой;
Фильтры заполнены медицинской УСВР, покрытой серебром, что придает ей бактерицидные свойства. Серебрение УСВР предотвращает размножение микроорганизмов в толще самих фильтров.
МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ УСВР
Внутреннее строение графита очень похоже на хорошо известный нам предмет, а именно - на стопку листов. Вот только листами в случае графита являются графены - атомарные слои толщиной около 10-9 метра. Атомы углерода в графенах расположены в виде шестиугольников (гексагоналов), поэтому и говорят, что графены имеют гексагональную структуру.
Что же сделал с графитом академик РАЕН Виктор Иванович Петрик? Сначала он получил некое химическое соединение, способное к взрывообразному разложению. Это соединение может проникать в межслоевые пространства графита, подобно закладке между листами в стопке бумаги.
Взрывы молекул химического соединения разрывают не только вандерваальсовы связи между графенами, в результате чего он распушается, но и частично разрывают ковалентные связи между атомами углерода в самих графенах. В результате - в массе УСВР образуется огромное количество свободных радикалов - ненасыщенных атомных связей.
Остается добавить, что вещество, так называемый взрыватель, полученный российским ученым, Петриком, проникает между слоями графенов путем простого смачивания и может находиться в нейтральном состоянии сколь угодно долго.
Наноструктуры, содержащиеся в УСВР, - это не только графены, но и нанотрубки, ветвящиеся нанотрубки, нанокольца, нанофракталы. Представим себе, что мы отделили от стопки лист бумаги и оставили его в сухом месте. Известно, что через некоторое время высыхающий лист свернется в энергетически наиболее удобную форму - форму трубки. Подобный процесс происходит и с графенами, отделенными от обшей графитовой структуры, - они сворачиваются в нанотрубки.
Изобретение Виктора Ивановича Петрика невозможно переоценить. Открытый им способ получения углеродных наноструктур по ценовым и количественным характеристикам является промышленным. Без преувеличения можно сказать, что Научный центр академика Петрика имеет сейчас в десятки тысяч раз больше углеродных наноструктур, чем весь остальной мир.
УСВР — Углеродная Смесь Высокой Реакционной способности
Что такое УСВР?
Как известно, углерод является самым распространённым элементом на Земле и во всей Вселенной. Различия между углем, графитом, УСВР и алмазом (всё это — один и тот же химический элемент — углерод) определяются их принципиально различной кристаллической конструкцией. Перестраивая кристаллическую конструкцию можно получить из одной модификации углерода другую. Если мы к частице графита применим давление в 80 тысяч атмосфер и нагреем её до температуры в 1600 °С, то атомы углерода перестроятся из графитовой гексагональной плоскостной структуры в пространственную (пирамидальную) алмазную, т.е. мы получим сверкающий алмаз. И наоборот, если мы нагреем в вакууме алмаз до температуры 1600 °С, то он превратится в кусочек обыкновенного черно-серого графита.
Строение графита очень похоже на хорошо известный нам предмет, а именно — на обыкновенную настольную книгу, только страницами в случае графита являются графены, толщиной в один атом. Атомы углерода в графенах расположены в виде шестиугольников (гексагоналов), поэтому и говорят, что графены имеют гексагональную структуру. Связи между графенами — слабые (когда мы пишем карандашом, то разрываем эти связи), их называют ван-дер-ваальсовыми (межплоскостными) связями. Связи между атомами в гексагоналах — сильные. Физики долгое время не верили, что В.И.Петрику удалось разорвать межатомарные (ковалентные) связи, т.к. считалось, что они реально могут быть разорваны только в эпицентре ядерного взрыва. В.И.Петриком было синтезировано химическое соединение, способное к взрывообразному разложению. Это соединение способно проникать путем обычного смачивания в межслоевые пространства графита (СУС) и находиться в таком состоянии сколь угодно долго, никак себя не проявляя. Однако, достаточно взорвать некоторое критическое количество молекул этого соединения, и начинается настоящая цепная реакция. Запустить такую реакцию автокаталитического распада соединения можно, например, механическим воздействием, т.е. простым ударом, химическим воздействием, нагреванием до 150–200 °С, даже направленным мощным звуком. И при каждом взрыве заложенной молекулы от общей массы графита (СУС) отделяется один атомарный углеродный слой — графен.
Выглядит фантастически, когда в результате неуправляемой (!) холодной (!)
цепной реакции происходит радикальная деструкция СУС, и объем СУС (графита) увеличивается минимум в 500 раз.
Основные физико-химические свойства УСВР
УСВР химически инертна, электропроводна, гидрофобна (краевой угол
смачивания более 90 градусов), устойчива к агрессивным средам, экологически чиста.
Содержание углерода не менее 99,4%, насыпная плотность — 0,01—0,001 г/см 3 (в зависимости от способа изготовления).
Удельная поверхность — 2000 м 2 на 1 г.
Диапазон рабочих температур: от -60 °С до +3000 °С.
Возврат присоединённого вещества — до 98%.
УСВР как сорбент
Частично разорванные ковалентные связи образуют в массе УСВР огромное количество ненасыщенных межатомарных углеродных связей по периметру гексогоналов углерода. Эти ненасыщенные межатомарные углеродные связи (свободные радикалы) при контакте с очень широкой группой веществ (можно сказать — со всеми нерастворимыми и некоторыми растворимыми в воде примесями) удерживают их в массе УСВР, пропуская молекулы (кластеры) воды.
Лучше всего удерживаются примеси, родственные УСВР по химическому составу (основа — углерод), например, нефтепродукты и эфирорастворимые вещества. Очень важно, что УСВР не вступает в химические реакции с сорбируемыми веществами, иными словами, в отфильтрованной воде не может быть никаких веществ, которых не было на входе: может быть сама УСВР в незначительных количествах, которую не удержали прокладки (это неявляется опасным для здоровья, т.к. УСВР можно принимать во внутрь, равно как привычно многими людьми принимаются таблетки из активированного угля), могут быть в незначительных количествах те или иные не до конца сорбированные примеси, но чего-то третьего, каких-то веществ, образовавшихся в результате химической реакции УСВР и тех или иных примесей (или химической реакции между самими примесями, где катализатор — УСВР) быть не может.
Сорбционные свойства УСВР
НИИ физики фуллеренов и новых материалов РАЕН получил следующие данные:
Таблица 2. Сорбционная емкость материала УСВР по жидкой фазе горючих и ядовитых веществ.
В 2004 году лаборатория Sierra Analytical Labs, Inc. (США, Калифорния) провела сравнительный анализ сорбционной емкости УСВР и лучшего вида кокосового гранулированного активированного угля (ГАУ) из активированных углей, представленных на американском рынке (см. табл.3).
Таблица 3. Сравнительные сорбционные характеристики УСВР и ГАУ.
* Сорбционная ёмкость зависит от вязкости вещества.
Из табл.3 видно, что 1 грамм УСВР превосходит 5 граммов ГАУ по сорбционной емкости в среднем более, чем в 30 раз!
УСВР как фильтр
При возрастающих масштабах добычи нефти всегда есть угроза загрязнения окружающей среды. Для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов в настоящее время широкое распространение находит сорбционные методы сбора этих загрязнителей с поверхности воды и почвы с применением различных сорбционных материалов.
В настоящей работе проведены исследования по оценке свойств ряда коммерческих и новых сорбентов СТРГ, УСВР и материала на основе карбонизованной рисовой лузги. По результатам полученных характеристик сорбентов (сорбция при разной вязкости нефти, степени очистки водной поверхности, а также плавучести и водопоглощения) показано, что такие сорбенты, как УСВР и СТРГ, имеют наибольшую степень поглощения нефти с поверхности воды. Сорбенты СТРГ и УСВР по многим основным свойствам превосходят многие известные зарубежные сорбенты. Поглотительная способность по нефти сорбентов УСВР и СТРГ составляет 66,5 и 50 г/г соответственно. Расчетные данные показывают, что для сбора 1 тонны нефти потребуется 15-20 кг такого сорбента.
Важным показателем процесса сорбции является степень десорбции нефти из сорбента показывающая возможность возвращения нефти в производственный цикл. Нами рассмотрены различные способы регенерации этих материалов. Показано, что наиболее экономически целесообразно проведение десорбции нефти механическим отжатием сорбента с последующей термической переработкой.
Показано, что заметное изменение адсорбционной способности сорбентов наблюдается уже после первой регенерации у всех изучаемых сорбентов. Степень извлечения нефти из исследуемых коммерческих сорбентов составляет 60-70%, из сорбентов УСВР и СТРГ 90%.
Благодаря уникальному по сравнению с другими нефтесорбентами свойству сорбентов СТРГ и УСВР (воздух, содержащийся в порах этих сорбентов, при контакте с водой не вытесняется) успешно используются не только для ликвидации разливов нефтепродуктов и поверхностных загрязнений, но и как эффективный сорбционный материал для очистки нефтезагрязненных поверхностных стоков и сточных вод.
Читайте также: