I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ СОРБЕНТОВ (МОХ) ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ НЕФТЯНЫХ РАЗЛИВОВ В МОРЕ

• Авторы
• Файлы работы
• Наградные документы

Новоселов И.А. 1

---

1муниципальное автономное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 22 муниципального образования город Новороссийск

Работа в формате PDF

913.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьника

Стр.

Введение ……………………………………………………………………. 3

1.  

   1. Обоснование выбора для сбора нефтепродуктов в море ………… 4

   2. Материалы и методы ……………………………………………..... 5

   3. Практическая часть. Опыты ………………………………………. 6

   4. Результаты экспериментальных опытов ………………………… 9

Заключение ………………………………………………………. 10

Список использованной литературы ……………………………. 11

Приложение 1 ……………………………………………………... 12

Приложение 2 ……………………………………………………... 13

Приложение 3 …………………………………………………….... 14

Приложение 4 ……………………………………………………… 15

Введение

Наша страна – великая морская держава. Согласно отчетам Международной ассоциации владельцев танкеров в начале XXI века Чёрное море занимало первое место среди морей по уровню загрязнения нефтепродуктами. Общеизвестно, что нефть и нефтепродукты являются наиболее опасными загрязнителями моря. В связи с тем, что в наше время идёт интенсивная разработка нефтяных месторождений, в том числе и в акваториях морей, перевозка её морскими судами, задача защиты окружающий среды в случае аварийных разливов имеет большую значимость.

Актуальностьнаших исследований состоит в том, что сейчас практически не используют природные материалы для сбора нефти в море. После нанесения таких сорбентов на нефтяное пятно, они не опускаются на дно, не отравляют флору и фауну.

Цель работы: Определить эффективный метод сбора нефтепродуктов с применением сухого растительного сырья на примере мха амблистегия и мха сфагнума;

Задачи исследования:

1. Изучить литературу и другие источники по теме;

2. Разобрать и обосновать методику проведения экспериментальных опытов;

3. Определить водопоглощение и нефтеёмкость мха при различных видах его подготовки к сбору нефти с поверхности воды;

4. Разработать рекомендации по использованию природного материала для сбора остаточного количество нефти при аварийном разливе в море.

Объект исследования – мхи: сфагнум, амблистегий.

Предмет исследования – воздействие гидрофобизатора на природные сорбенты используемые для ликвидации разливов нефти в море.

Гипотеза – чтобы уменьшить воздействие загрязнений на экосистему Чёрного моря, все прибрежные страны должны принять меры по обеспечению безопасности судоходства и предотвращения при загрязнениях моря нефтью.

Практическая значимость – итоги исследования вызывают интерес у ликвидаторов аварийных разливов нефти в море при выборе способов снижения последствий опасных ситуаций для окружающей среды.

1.  

   1. Обоснование выбора материала для сбора нефтепродуктов в море

В последнее время широко используется метод сбора нефти сорбентами/адсорбентами, в том числе, природными – мох, лузга риса и подсолнечника, солома, деревянная стружка и другие. Гидрофобность сухого растительного сырья возникает при сушке многих растений и обусловлена, в первую очередь, сорбцией воздуха на его структурных элементах – в сосудистой системе, клетках, порах, мембранах. При контакте с водой происходит вытеснение воздуха и, соответственно, увлажнение материала.

Основным условием при выборе биосорбента является то, что они должны быть нетоксичными, обладать высокой нефтеёмкостью и низким водопоглощением, поэтому мы решили использовать природные растительные материалы, однако третье условие для них неприемлемо.

В качестве растительного сырья в работе использован мох амблистегий (Рис. 1), собранный в лесу в районе г. Новороссийска, и мох сфагнум (Рис. 2).

Мох сфагнум и препараты на его основе используются, как сорбенты, достаточно широко. Мох амблистегий – встречается повсеместно на всей территории России – от заполярья до субтропиков, на влажной почве в лесах, на камнях и гниющей древесине, на основаниях стволов деревьев.

1.2. Материалы и методы

Для решения поставленных нами задач была разработана методика и выполнены опыты на базе лаборатории кафедры Техносферной безопасности МГТУ им. Ф.Ф.Ушакова, включающие два этапа (две части). Водопоглощение и нефтеёмкость определяли для обоих видов мхов.

Материалы и оборудование:высушенные биосорбенты (мох сфагнум, мох амблистегий), сырая нефть, морская вода, химическая посуда, весы аналитические, сушильный шкаф, мерный стакан, пинцет, перчатки, ножницы, 6 чашек Петри, гидрофобизатор во флаконе с распылителем, секундомеры, ситечко для сбора биосорбента с поверхности воды, тетрадь для записей результатов. Работы выполняются под вытяжным шкафом.

1.  

   1. Практическая часть. Опыты.

Первая часть экспериментальных работ включала серию опытов по определению водопоглощающей способности и нефтеёмкости мхов, находящихся в естественном состоянии (без специальной их подготовки).

1. Определение водопоглощающей способности мхов. Образец мха массой 10 г, высушенный до постоянной массы при температуре 25^о С, взвесили на весах с точностью до 0,01 г. Затем поместили мох в химический стакан и залили морской водой с температурой 20^о С, выдерживали в течение 24 часов (Рис. 3). Для полного погружения мха под воду – на 2 см ниже уровня воды, его удерживали пластиковой сеткой. После этого мох извлекали из воды и держали на весу примерно 10 сек., чтобы стекла вода с поверхности образца. Затем помещали мох на сухую, заранее взвешенную фильтровальную бумагу, и взвешивали образец. По величине показателя между конечной и начальной массами образца судили о водопоглощающей способности мхов. Вес воды, которая вытекла из мха на фильтровальную бумагу, включали в общий вес насыщенного водой образца. В дальнейшем эта величина учитывалась в расчетах во второй части экспериментальных работ. Опыт проводили в трех повторностях.

1. Определение нефтеёмкости мхов. Для определения нефтеёмкости мхов в три больших химических стакана (диаметр водного зеркала – 10 см) налили 0,5 литра морской воды и внесли по 20 мл сырой нефти. Для каждой серии опытов взвешивали по три образца сухого мха – по 10 г каждый. Образец мха помещали в стакан на поверхность нефти (Рис. 4).

Через заданное от начала опыта время (15 минут и 1 час) мох собрали с поверхности воды, поместили на взвешенную фильтровальную бумагу. Далее определяли весовым методом количество поглощенной образцом нефти и рассчитывали нефтеёмкость по формуле:

где Н – нефтепоглощение биосорбента, г нефти/г биосорбента;

M_нач – масса биосорбента в начале опыта (равна 10 г);

М_кон – масса биосорбента в конце опыта, г.

Вторая часть опытных работ включала серию экспериментов по определению нефтеёмкости мха при разной подготовке образцов перед внесением на нефтяную пленку:

• мох в естественном состоянии;

• измельчение образца;

• нанесение на образец водоотталкивающей пропитки.

В качестве водоотталкивающей пропитки для мха в работе использован гидрофобизатор. Основным его показателем, характеризующим качество гидрофобизации образца, было выбрано капиллярное(капиллярный подсос) и объемное водопоглощение (по массе). Гидрофобизатор подбирали по следующим критериям:

• при контакте с водой химически инертен;

• не образует вредных примесей при длительном нахождении в воде;

• не вступает в химические реакции с нефтью и не растворяется в ней.

В эксперименте применяли гидрофобизатор, используемый для шерстяных, шелковых, хлопчатобумажных и синтетических тканей, а также для дерева, бумаги и кожи. Он представляет собой многокомпонентный состав на кремнийорганической основе с включением воска. В таблице 1 приведены основные показатели и свойства гидрофобизатора.

Таблица 1 – Основные показатели и свойства гидрофобизатора

Опыт предусматривает три повторности. Условия проведения опытов для обоих видов мха были одинаковые.

1.  

   1. Результаты

Анализ и обобщение результатов выполненных экспериментальных работ показали, что водопоглощающая способность мхов существенно снижается при обработке мхов водоотталкивающей пропиткой (гидрофобизатором). Результаты экспериментальных работ приведены в таблице 2.

Таблица 2. – Результаты экспериментальных работ

Из представленного в таблице следует, что в первой серии опытов (мох в естественном состоянии) мох сорбировал около половины объема разлитой нефти. Бумажный фильтр, на который помещали извлеченный из нефти мох, был сильно пропитан водой.

Во второй серии (мох измельченный) мох сорбировал половину объема разлитой нефти, но водопоглощающая способность его была выше, чем в первом опыте.

В третьей серии опытов (мох обработанный гидрофобизатором) мох сорбировал практически весь объем нефти, на поверхности воды практически не осталось нефти, бумажный фильтр был практически сухим и имел выраженные отпечатки нефти.

Заключение:

В результате проведенной нами работы была разработана методика и согласно ей выполнены исследования по определению водопоглощающей способности и нефтеёмкости двух видов мхов (амблистегий и сфагнум). Исследования выполнялись с различной подготовкой образцов мха: сушка, измельчение, нанесение гидрофобизатора. Каждая серия опытов имела три повторности.

Проведенные экспериментальные работы показали, что при нанесении на мох амблистегий водоотталкивающих материалов его водопоглощающая способность уменьшается при экспозиции в течение 15 мин. в 2,8 – 3 раза, при экспозиции в течение 1 часа – в 7,4 – 9,8 раз. Применение гидрофобизатора повышает нефтеёмкость мха амблистегий в 2,4 – 3,7 раза.

Полученные в ходе экспериментальных опытов показатели водопоглощения и нефтеёмкости мха аблистегий и мха сфагнум отличались незначительно. Следовательно, при нефтяных разливах в качестве сорбента, помимо мха сфагнум, можно использовать мох амблистегий.

Наши рекомендации:

Применение биосорбентов с предварительной их обработкой водоотталкивающими материалами позволяет:

• блокировать загрязнение в кратчайшие сроки и предупредить его распространение;

• ликвидировать загрязнение с минимальным экологическим ущербом;

• обеспечить дальнейшее пролонгированное действие по восстановлению природных биоценозов с привлечением и стимуляцией самоочищающих механизмов.

Разработанный и опробованный в эксперименте метод специальной подготовки биосорбентов может быть включен в арсенал средств для быстрого реагирования при аварийных разливах в открытом море и его прибрежной зоне.

Список использованной литературы:

1. Вершинин А.О. Жизнь Чёрного моря: Краснодар-Москва, 2007

2. Гилярова Н.С. Биология: М.: БРЭ, 1998

3. Нельсон-Смит А. Нефть и экология моря: М.: Изд-во Прогресс, 1977

4. Патин С.А. Нефтяные разливы и их воздействие на морскую среду и биоресурсы: ВНИРО, 2003

5. Патин С.А. Биологические проблемы освоения нефтегазовых ресурсов: ВНИРО, 1978г.

6. Приваленко В.В., Хованский А.Д. Как спасти Черное море: Ростов-на-Дону 2006

Приложение 1

Рисунок 1. Опыты Рисунок 2. Работы под вытяжным в лаборатории шкафом

Рисунок 3. Взвешивание образцов Рисунок 4. Перемещение мха в

мха на весах стакан на поверхность нефти

Приложение 2

Рисунок 5. Рисунок 6.

Рисунок 7.

Добавление сырой нефти в морскую воду

Приложение 3

Рисунок 8. Рисунок 9.

Рисунок 10.

Определение водопоглощающей способности мхов

Приложение 4

Рисунок 11. Собираем мох Рисунок 12. Измельчение образца

с поверхности воды

Рисунок 13. Применение гидрофобизатора