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. 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», 2023 год. Исследование проведено при финансовой поддержке Минобрнауки России, проект FSNM-2023-0004.
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 1 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.