IV Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

МНОГОФУКЦИОНАЛЬНЫЙ СОРБЕНТ «УНИПОЛИМЕР – М» И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ПОЧВУ С НЕФТЕПРОДУКТАМИ
Крылова Е.Б.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

В последние годы существенно возрос уровень загрязнения окружающей среды нефтью и нефтепродуктами. Это связано с разливом нефти при ее добыче транспортировке и переработке. Тонна нефти загрязняет 12 км2 водной поверхности, литр нефти лишает кислорода 40 м3 воды. Ежегодно в воды рек, озер и Мирового океана по различным причинам попадает от 2 до 10 млн. т нефти. По данным “Гринпис” количество безвозмездно теряемой нефти достигает 20 млн. т в год. Таким образом, проблема очистки окружающей среды от нефти является актуальной.

Нефть — природная маслянистая горючая жидкость со специфическим запахом, состоящая в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений. Нефтяные газы и пары вредны для организма человека. При их постоянном воздействии поражается центральная нервная система, снижается артериальное давление, становится реже пульс и дыхание, понижается температура тела. Характер и степень воздействия нефти и нефтепродуктов на почвенно-растительный комплекс определяются видовым составом растительного слоя, временем года и другими факторами. Многие виды сосудистых растений (камыш и другие) оказываются устойчивыми против нефтяного загрязнения, тогда как большинство лишайников погибает при воздействии на них нефти и нефтепродуктов[1,2,3].

Нефть и нефтепродукты являются одним из основных загрязнителей окружающей среды. Поэтому большое внимание уделяется вопросам, связанным с влиянием нефтяного производства на экологическую ситуацию в различных регионах и разработкой методов ликвидации нефтяных загрязнений.

Для жителей нашего поселка Новочернореченский Козульского района этот вопрос актуален. Рядом с поселком проходит магистральный нефтепродуктопровод «РОСНЕФТЬ», а на территории поселка находится железнодорожная станция ОАО «Российские железные дороги», через которую ежедневно следуют составы с нефтью и нефтепродуктами. Почти в каждом доме имеется легковой автомобиль, бензопилы, мотоблоки, мотокультиваторы, мотоциклы и обязательно наборы нефтепродуктов (бензин, моторные масла, растворители и другие). Аварийные и хронические разливы нефти и нефтепродуктов при хранении и транспортировке, при употреблении в быту моментально пропитывают грунт, оставляют на поверхности твердых покрытий трудноудаляемые загрязнения. Это приводит к быстрой потере продуктивности земель или полной деградации ландшафтов.

А как можно очистить почву от нефтяного загрязнения и сделать её пригодной для выращивания различных сельскохозяйственных культур?

Анализируя справочную литературу, и интернет ресурсы я узнала, что существует несколько способов очистки воды, почвы от нефти. Все эти способы не обеспечивают полного удаления загрязнений, наносят экологический ущерб и воде и атмосфере, опасны для окружающей среды или требуют длительного времени. Одним из самых эффективных методов удаления нефтяной пленки является применение нефтяных сорбентов. Среди сорбентов наиболее емкими являются сорбенты из полимеров. Они могут применяться в виде матов, гранул или ткани [4].

В Сибирском федеральном университете разработана серия экологически чистых сорбентов: «Униполимер-М», «Униполимер-БИО», «Меном», «Унисорб» для очистки земли и воды от нефтяного загрязнения[5,6]. Первое место по распространенности на российском рынке занимает сорбент «Униполимер-М»[7].

Поэтому в своей исследовательской работе я решила более детально изучить влияние сорбента «Униполимер-М» на почву, загрязненную нефтью и нефтепродуктами.

Гипотеза: я предполагаю, что сорбент серии "Униполимер-М" способен очистить окружающую среду от любых нефтезагрязнений.

Объект исследования: Сорбент «Униполимер – М»

Предмет исследования: действие сорбента «Униполимер – М» на почву с нефтепродуктами.

Цель: проверить эффективность сорбента посредством внесения нефтепродукта в почву и очищение ее сорбентом.

Задачи:

1. Проанализировать литературу о многофукциональных полимерных сорбентах.

2. Экспериментально оценить влияние сорбента на пробы разной загрязненности почвы.

Методы исследования:

1.Теоретические.

  • Анализ литературных данных по теме

2. Экспериментальные.

  • Выполнение лабораторного экперимента по оценке эффективности сорбента.

3. Анализ и систематизация собранной информации.

База исследований: МБОУ «Чернореченская СОШ №2 имени В.Д.Солонченко».

Практическая значимость исследования: заключается в том, что результаты работы способствует расширению границ познания веществ и явлений, как для самого исследователя, так и для окружающих. Это дает возможность использовать данные экспериментальной работы по эффективности сорбента в борьбе с загрязнением почв при выращивании различных растений в теплицах и открытом грунте на приусадебных участках.

Основное содержание

Общие сведения о разнообразии сорбентов

В настоящее время в мире выпускается более 100 видов сорбентов. Однако из большого числа зарубежных и отечественных сорбентов в нефтяных компаниях практическое применение нашли лишь «Эластек» (США), «Зорболайт» (Голландия), «Пит-сорб» (Канада), «Сорбойл» и «СТРГ» (Россия). Большинство выпускаемых в России сорбентов в нефтяной отрасли широкого применения не нашли из-за высокой стоимости, нетехнологичности получения и нанесения, сложности сбора и утилизации, малой эффективности. Кроме того, все выпускаемые в России сорбенты (за исключением разработки СФУ) не прошли государственную экологическую экспертизу, т.е. не имеют паспорта безопасности и сертификата пожарной безопасности. Разработки (Канада), «Сорбойл» и «СТРГ» (Россия). Большинство выпускаемых в России сорбентов в нефтяной отрасли широкого применения не нашли из-за высокой стоимости, нетехнологичности получения и нанесения, сложности сбора и утилизации, малой эффективности. Кроме того, все выпускаемые в России сорбенты (за исключением разработки СФУ) не прошли государственную экологическую экспертизу, т.е. не имеют паспорта безопасности и сертификата пожарной безопасности. Разработки СФУ отмечены 8 золотыми медалями и дипломами российских и международных выставок. [5,6].

Полимерные сорбенты «Униполимер – М», «Униполимер-БИО», «Меном», «Унисорб» созданы коллективом специалистов под руководством заслуженного изобретателя СССР, старшего научного сотрудника Института нефти и газа СФУ Владимира Максимовича Мелкозёрова. Сорбенты используются при проведении очистных мероприятий, локализации сбора нефти, очистки грунта и воды от эмульгированных нефтепродуктов и неполярных жидкостей. [7].

Сорбционная очистка от нефти является одним из самых эффективных методов. К преимуществам данного метода, безусловно, можно отнести: возможность удаления любых загрязнений практически до минимальной остаточной концентрации, управляемость процессом и быстрота воздействия (максимальная сорбция происходит в первые 4 часа). Плюсами использования полимерных сорбентов является: их относительная дешевизна в производстве, легкость и безопасность в служебном обращении, экологичность.

Характеристика сорбента «Униполимер-М»

Полимерный сорбент «Униполимер-М» характеризуется развитой пористой структурой, что позволяет собирать за короткое время значительные количества нефти и нефтепродуктов. При этом, нефтяное пятно локализуется на месте, не давая загрязнению распространяться. Сорбент за счет большого количества открытых пор эффективно удерживает в себе нефтепродукты без их вымывания даже при водотоке. «Униполимер-М» изготовлен на основе вспененного полимера при особом температурном режиме, с приданием материалу уникальных сорбционных свойств. Адсорбент состоит из полимерной матрицы, наполненной газом – воздухом. Благодаря уникальным свойствам при нахождении в природе сорбент способен к самостоятельному разложению. Продукты разложения абсолютно безвредны и представляют собой природные вещества – мелиоранты, которые удобряют и структурируют почву. Производятся в соответствии с разработками, представленными в патентах РФ № 2184608, № 2191068, № 2183487, № 2186800.

Полимерный сорбент серии «Униполимер-М» имеет ряд преимуществ в сравнении с аналогами, так как он:

- изготавливается из экологически чистых природных органических материалов;

- не токсичен и не опасен для окружающей среды;

- неабразивный, его можно использовать в контакте с металлическими и пластмассовыми, резиновыми частями механизмов;

- не требует применения средств защиты для обслуживающего персонала;

- может собираться после использования вручную, механическими приспособлениями (щётки, скребки и т.п.), а также при помощи пневматических установок;

- ускоряет рекультивацию нефтезагрязнённых почв и может применяться в комплексе с биопрепаратами. [7].

Результаты исследования

1. Экспериментальная оценка опытов «Исследование свойств сорбента «Униполимер-М», используемого при разливах нефти и моторного масла М8В.

Проанализировав информацию о сорбенте «Униполимер-М», я своим экспериментом постаралась доказать, что данный полимерный сорбент обладает сорбционным свойством. Для работы мне потребовались: семена пшеницы, сырая нефть и продукт нефтепереработки – моторное масло (автол) и сорбент «Униполимер-М» (приложение 1).

Для исследования на первом этапе были использованы семена пшеницы (культура требовательна к плодородию почвы и наличию в ней легкодоступных питательных веществ). Опыт проводился в декабре 2016года. Для исследования в три лотка поместила почву с территории поселка и посеяла в них по 50 семян пшеницы. При появлении первых ростков в два лотка внесла сырую нефть. В один из них добавила сорбент серии «Униполимер – М». Наблюдения проводились в течение двух недель за семенами при температуре 200С. В опыте учитывалось количество проросших семян, длина растения.

Результаты проведённых опытов представлены в таблице 1 (приложение2)

Второй опыт был заложен в феврале 2017года. Для исследования были взяты семена пшеницы и моторное масло М 8 В (автол).

Для исследования в три лотка поместила почву с территории поселка и посеяла в них по 50 семян пшеницы. При появлении первых ростков в два лотка внесла моторное масло. В один из них добавила сорбент серии «Униполимер – М». За семенами наблюдения проводились в течение 14 дней, при температуре 200С.

Результаты проведённых опытов представлены в таблице 2 (приложение 2)

2.Выводы результатов исследования.

В результате анализа данных таблиц установлено, что сорбент серии «Униполимер – М» обладает сорбционным свойством.

Эксперимент показал следующее: В первой ёмкости земля без добавления нефтепродукта, поэтому пшеница проросла хорошо.

Во вторую ёмкость я влила нефтепродукт, а затем очистила почву сорбентом серии «Униполимер – М», пшеница проросла. В третью ёмкость добавила нефтепродукт и не очистила почву сорбентом. И увидела, что растения погибли рисунок 1 (приложение3)

Из полученных в ходе эксперимента данных можно сделать следующие выводы:

1.Полимерный сорбент «Униполимер – М» проявляет хорошую сорбционную способность применительно к нефти и нефтепродуктам.

2. Полимерный сорбент «Униполимер – М»- эффективное средство для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов (моторных масел) с поверхности земли.

Заключение

Сорбенты и сорбционные материалы широко вошли в нашу жизнь. Пакетики с силикагелем есть в каждой коробке с новой обувью, активированный уголь – обязательно присутствует в аптечке первой помощи. Минеральные и органические сорбенты широко используются в промышленности для очистки сточных вод, воздуха, жидких веществ. Отличительная особенность современных технологических решений является создание умных материалов, примером которых могут служить полимерные сорбенты с уникальной нефтеемкостью. Главное преимущество такого экосорбента состоит в его максимальной экологичности, легкости и безопастности в служебном обращении, быстроте воздействия (максимальная сорбция происходит в первые 4 часа), относительной дешевизне в производстве.

Положительная роль сорбента серии «Униполимер – М» на пробы разной степени загрязненности почвы и рост семян очевидна. Моя гипотеза подтвердилась. Сорбент восстановил землю после загрязнения ее нефтепродуктом, что доказывает его эффективность в борьбе с загрязнением почв.

По завершении эксперимента можно смело говорить, что опыт прошел успешно. Цель работы оправдалась. Я смогла на практике убедиться в действии сорбента серии "Униполимер-М".

Список использованных источников

1.Нефть. Материал из Википедии. – (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B5%D1%84%D1%82%D1%8C).

2. Рассказываем о нефти просто и понятно /Все о нефти, 2011 – 2015. – (http://vseonefti.ru/).

3.Нефтепродукты. Материал из Википидии. – (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B5%D1%84%D1%82%D1%8C).

4. НПО «Спецоборудование» / Сорбент «Униполимер - М», «Униполимер - Био». – (http://www.specudm.ru/production/catalog_4/sorbenty/sorbent_unipolimer_m.html).

5. Сибирский форум. Интеллектуальный диалог/ февраль/ 2010 г. -

(http://sibforum.sfu-kras.ru/node/24).

6.Материалы портала «Научная Россия»2012г – (https://scientificrussia.ru/articles/sfu-petrol-sorbent).

7. Исследование свойств сорбента «Униполимер - М» - http://conf.sfu-kras.ru/sites/mn2013/thesis/s076/s076-004.pdf

Приложение 1

Приложение 2

Таблица 1. Результаты проведения опыта по оценке эффективности сорбента серии «Униполимер – М» на пробы разной степени загрязненности почвы и рост семян пшеницы (в декабре)

Дата проведения опыта

Почва без нефтепродукта и сорбента

Почва с нефтепродуктом и сорбентом

Почва с нефтепродуктом

5 декабря 2016г

Посеяли семена пшеницы

Посеяли семена пшеницы

Посеяли семена пшеницы

9 декабря 2016г

Семена пшеницы проросли

Семена пшеницы проросли, вносим нефть и добавляем сорбент, наблюдаем изменение цвета сорбента из белого он становится грязно-желтый

Семена пшеницы проросли, вносим нефть, но сорбент не добавляем

12 декбря 2016г

Семена растут дружно, высота растений 4-5 см

Семена растут не одинаково, высота 2-4 см,добавляем еще сорбента в почву

Семена не проросли

19 декабря 2016г

Семена растут дружно, высота растений 5-6 см

Семена растут дружно, высота растений 4-5 см

Семена не проросли

Таблица 2. Результаты проведения опыта по оценке эффективности сорбента серии «Униполимер – М» на пробы разной степени загрязненности почвы и рост семян пшеницы (в феврале)

Дата проведения опыта

Почва без нефтепродукта и сорбента

Почва с нефтепродуктом и сорбентом

Почва с нефтепродуктом

4 февраля 2017г

Посеяли семена пшеницы

Посеяли семена пшеницы

Посеяли семена пшеницы

6 февраля 2017г

Семена пшеницы проросли

Семена пшеницы проросли, вносим нефтепродукт автол и добавляем сорбент, наблюдаем изменение цвета сорбента из белого он становится грязно-желтый

Семена пшеницы проросли, вносим нефтепродукт автол, но сорбент не добавляем

12 февраля 2017г

Семена растут дружно, высота растений 3-5 см

Семена растут не одинаково, высота 2-4 см, добавляем еще сорбента в почву

Семена не проросли

18 февраля 2017г

Семена растут дружно, высота растений 6-8 см

Семена растут дружно, высота растений 5-7 см

Семена не проросли

Приложение3

Рис.1 Результаты эксперимента

6 февраля 2017 год 12февраля 2017год

18 февраля 2017год 20 февраля 2017 год

26 февраля 2017 год