Как собрать нефть с поверхности водоема

Сотрудники кафедры радиохимии предложили материал, который может помочь в устранении нефтяных разливов на поверхностях водоемов. Этот композит позволяет эффективно и селективно поглощать большой объем нефтепродуктов в короткий срок. Он является достойной альтернативой используемым сегодня полимерным материалам, потому что намного легче и экологичнее в производстве.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Увеличение добычи нефти в мире ведет к учащению аварийных ситуаций на нефтедобывающих и транспортных узлах. Ежегодно в России случается около 10 тыс. разливов на промысловых нефтепроводах.

Попадание нефти и бензина в окружающую среду несет за собой необратимые последствия для почв, флоры и фауны в областях разлива, а наиболее опасные ситуации возникают при протечках в природные водоемы, поскольку они грозят заражением и прочим экосистемам. Подчас толстый слой нефтепродуктов на поверхности водоема огнеопасен. Для ликвидации аварийных разливов нефти используются четыре класса методов: механические, термические, биологические и физико-химические, которые предполагают использование сорбентов и в крайнем случае диспергентов. Именно методы последней группы являются одними из самых действенных, безопасных и — главное — экспрессными, поскольку прекращение расползание нефти по водоему происходит почти моментально, как и впитывание материалами органической фракции.

Для быстрого устранения пленок нефти и бензина с поверхности воды на сегодняшний день используются пористые полимеры — полиуретановые пены, полистирол и меламин. Эти материалы очень легкие, дешевые и повсеместно доступные, но обладают большим недостатком — неселективной сорбцией органических загрязнителей.

Также важным классом сорбентов на сегодняшний день выступают углеродные материалы. К примеру, активно исследуется графен, обладающий высокими значениями удельной площади поверхности, большой теплопроводностью, также гидрофобностью. Его модификация — восстановленный оксид графена — способен эффективно сорбировать не только нефть, но и тяжелые металлы. Но и здесь есть изъян: несмотря на отличные химические и механические характеристики таких материалов, практическое их применение ограничено необходимостью сбора этих порошков после процесса сорбции.

Внимание ученых сейчас направлено на разработку композита с использованием первого и второго классов существующих материалов.

Химики МГУ предложили материал, который представляет собой композит на основе материалов первого и второго типа.

Наиважнейшим параметром такого материала является селективность, которая считается как отношение сорбированной нефти (или нефтепродукта) к сорбированной воде. Если у обычных высокопористых полимерных сорбентов этот показатель около единицы, то у материалов, полученных исследователями, коэффициент варьируется в диапазоне 60–300 в зависимости от взятого пористого материала и восстановителя на этапе синтеза графен-содержащих материалов.

Например, учитывая, что меламин не обладает избирательностью к сорбату, количество поглощенной нефти, дизельного топлива и бензина у него совпадает с тем, что сорбировала меламиновая матрица, модифицированная восстановленным гидразином оксидом графена, только вот коэффициент селективности при модификации вырос в 220 раз — композит почти не поглощает воду. Если в этом случае селективность достигается именно за счет понижения сорбции воды, то в случае модификации полиуретановой пены возрастает именно селективное впитывание органических жидкостей, хоть поглощение воды также происходит, но уже в значительно меньшей мере.

«Нам удалось создать материал, селективность сорбции которого превышает средний показатель по рынку. Метод, которым материал для поглощения нефти мог бы синтезироваться в промышленных масштабах, экономичный, экологически чистый и может быть поставлен на конвейер»,— поясняет Тамуна Бахия, соавтор работы, аспирант химического факультета МГУ.

Работа поддержана грантами РФФИ (№20-33-90169) и Министерства науки и высшего образования РФ (№075-15-2021-1353).
Исследование проведено в рамках Национального проекта «Наука и университеты».

Владислава Лаврова