Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА

Изобретение относится к области сорбционной технологии и рационального использования вторичных растительных ресурсов агропромышленного комплекса, а именно получения сорбента для ликвидации аварийных разливов нефти, нефтепродуктов и других гидрофобных жидкостей (пищевых и технических масел).

Известен способ получения целлюлозного сорбента из стержня кукурузного початка (СКП) (US 5064407, МПК A23L 1/308, B09C 1/00, C02F 1/28, опубл. 11.12.1991). Предварительно СКП разделяют на 3 части: 1 - соты с чешуйками, 2 - древесное кольцо и 3 - сердцевина, затем удаляют древесное кольцо и измельчают. Сорбент состоит на 91-96% из сот с чешуйками, 1-4% сердцевины и 3-5% древесных колец, затем под высоким давлением изготавливают гранулы.

Недостатком известного способа является необходимость разделения СКП на части, а также высокое водопоглощение сорбента.

Известен способ получения сорбента на основе лузги гречихи (RU 2031849, МПК C02F 1/28, B01J 20/20, опубл. 27.03.1995), включающий карбонизацию при температуре 150-450°C и атмосферном давлении в течение 10-20 мин.

Недостатком данного способа является невысокая сорбционная способность получаемого сорбента, низкий его выход и энергоемкость процесса получения.

Известен способ получения сорбента на основе гречневой шелухи (RU 2316393, МПК B01J 20/24, B01J 20/30, опубл. 10.02.2008), включающий обработку шелухи в экстрагирующем растворе оксалата аммония либо минеральной кислоты с концентрацией 0,1-0,5 H при 60-90°C.

К недостаткам этого способа можно отнести низкую сорбционную емкость сорбента, высокое водопоглощение сорбента, большую энергоемкость, образование сточных вод и необходимость их нейтрализации, а также отсутствие возможности повторного использования кислот. Использование кислотной обработки при получении сорбента приводит к ухудшению показателей безопасности готового продукта и, следовательно, низкой экологичности технологического процесса.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ получения сорбента из стержней кукурузного початка (СКП) (Овчинникова А.А., Александрова А.В. Исследование способов модификации свойств полисахаридных сорбентов. Научный журнал КубГАУ, 2011, №71(07)). Способ заключается в вальцевании СКП и последующей обработке двуокисью углерода в докритических условиях при температуре 20,2°C и давлении 5,6 МПа, в течение 3 часов.

Недостатками способа является ограниченное влияние обработки на сорбционную поверхность: молекулы двуокиси углерода в докритических условиях трудно проникают в поры целлюлозных структур, а также низкий выход биологически активных веществ.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения сорбента на основе СКП для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов.

Технический результат изобретения заключается в получении сорбента с улучшенными сорбционными (увеличение сорбционной емкости по отношению к нефти, нефтепродуктам и другим гидрофобным жидкостям;

увеличение суммарного объема пор и пористости) и физико-химическими свойствами.

Поставленная задача решается тем, что способ получения сорбента включает измельчение сухих отходов переработки зернового и масличного сырья, обработку двуокисью углерода в сверхкритических условиях при температуре 40-60°C и давлении 10-25 МПа, в течение 1-1,5 часов с последующим снижением давления до атмосферного, обработку гуминовыми кислотами и/или гуматами 0,3-20% на сухое вещество сорбента, перемешивание, сушку при температуре 40-50°C до постоянной массы. В качестве отходов переработки зернового и масличного сырья используют стержни кукурузных початков или плодовую оболочку семян подсолнечника. Сухие отходы переработки зернового и масличного сырья измельчают до размера частиц 2-7 мм. В качестве источника гуминовых кислот и/или гуматов используют препарат «Лигногумат».

Отличием предлагаемого изобретения от ближайшего аналога является проведение процесса экстракции в сверхкритических условиях при температуре 40-60°C и давлении 10-25 МПа, в течение 1,0-1,5 часов. Опытным путем установлено, что указанные условия обработки обеспечивают оптимальные условия для получения сорбента с улучшенными сорбционными свойствами. В результате резкого сброса давления по истечении времени обработки происходит разрыв тканей, образующих структуру сырья и увеличение площади поверхности. Последующее внесение в структуру сорбента гуминовых кислот и/или их солей (гуматов), макро- и микроэлементов улучшают физико-химические свойства почвы при ее восстановлении после загрязнения. Гуминовые кислоты выступают в качестве связующих агентов по отношению к компонентам нефти и нефтепродуктов различными способами: ионный обмен, комплексообразование, хемосорбция.

Способ осуществляют следующим образом.

В качестве исходного сырья используют отход переработки кукурузы - СКП. Химический состав сырья (на а.с.в.), %: целлюлоза - 32,41-35,78%; гемицеллюлоза - 34,63-38,55%; лигнин - 18,84-21,04%. Предварительно СКП измельчают до однородной массы (фракция 2-7 мм), после чего СКП загружают в экстрактор, куда подают сначала газообразный, а затем жидкий растворитель. В качестве растворителя используют двуокись углерода, который должен соответствовать требованиям ГОСТ 8050-85. Процесс взаимодействия исходного сырья и двуокиси углерода проводят при температуре 40-60°C и давлении 10-25 МПа. Исходное сырье выдерживают при заданных условиях в течение 1,0-1,5 часов. По истечении времени экстракции прекращается подача двуокиси углерода в экстрактор и сбрасывают давление до атмосферного.

После извлечения продукта из экстрактора на его поверхность методом распыления наносят водную суспензию смеси гуминовых кислот и/или их солей (гуматов) с макро- и микроэлементами из расчета 0,3-20 мас.% наносимой смеси на сухое вещество, перемешивают и высушивают сорбент при температуре 40,0-50°C. В качестве препарата, содержащего гуминовые кислоты и/или их соли с макро- и микроэлементами, используется «Лигногумат», соответствующий требованиям ТУ 2431-007-71452208-05. Водный раствор препарата наносят с помощью ручных или других опрыскивателей. Сорбционные характеристики сорбента определяли по известным методикам (Каменщиков Ф.А., Богомольный Е.И. Нефтяные сорбенты. Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2005. 268 с.).

Вовлечение в ресурсооборот отходов производства расширит сырьевую базу для получения новых продуктов - сорбентов, а также будет способствовать минимизации негативного антропогенного воздействия и защите окружающей среды.

В процессе обработки СКП двуокисью углерода по указанному способу образуется также мазеобразный продукт зелено-коричневого цвета с ароматическим запахом, который может быть рекомендован для применения в пищевой промышленности, фармакологии и косметологии.

Возможность осуществления изобретения подтверждается следующими примерами.

Пример 1.

10 кг СКП измельчают до однородной массы, размером частиц не более 4 мм. Сырье загружают в экстрактор, куда подают двуокись углерода. Условия процесса: температура 60°C и давление 20 МПа. Время экстракции - 1,5 часа, затем давление сбрасывают до атмосферного. Полученный продукт обрабатывают 500 мл водного раствора, приготовленного в соотношении «препарат «Лигногумат» марки BM-NPK - 12%:вода» - 2:1. Полученный сорбент сушат при температуре 40°C до постоянной массы. Выход сорбента составляет 95,0%. Насыпная плотность 34,5 г/100 см³. Водопоглощение составило 1,9 г/г. Сорбционная емкость по нефти (ρ=759 кг/м³) составила 3,62 г/г, маслопоглощение по подсолнечному маслу (ГОСТ Р 52465-2005) - 4,37 г/г.

Пример 2.

10 кг СКП измельчают до однородной массы, размером частиц от 4 до 7 мм. Сырье загружают в экстрактор, в который затем подают двуокись углерода. Условия процесса: температура 45°C и давление 30 МПа. Время экстракции - 1 час. Полученный продукт обрабатывают 500 мл водным раствором, приготовленным в соотношении «препарат «Лигногумат» марки BM-NPK - 12%:вода» - 1:1. Полученный сорбент сушат при температуре 45°C до постоянной массы. Выход сорбента составляет 94,5%. Насыпная плотность составила 28,37 г/100 см³. Водопоглощение составило 2,14 г/г. Сорбционная емкость по нефти (ρ=759 кг/м³) составила 3,03 г/г, маслопоглощение - 3,89 г/г.

Приведенные примеры подтверждают преимущества заявленного способа по сравнению с ближайшим аналогом:

- сорбционная емкость по нефти и нефтепродуктам увеличилась в 1,5-2,0 раза;

- пористость увеличилась на 20-40%.

Нефтесорбент из стержней кукурузного початка обладает способностью к биоразложению под действием аборигенных почвенных или искусственно внесенных микроорганизмов.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о возможности осуществления заявленного способа в промышленных условиях.