Секция: Химия и химические технологии

Подсекция: Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий

УДК 66.047.8

К.х.н. Хромышева Е.А., к.т.н. Хромышев В.А., Когосова Ю.С.

Мелитопольский государственный педагогический университет им. Б.Хмельницкого

Разработка адсорбента на основе минерального сырья

Технические масла применяют в промышленности и быту для смазки механизмов и в качестве рабочих жидкостей в различных гидросистемах, в электроэнергетике для изоляции и охлаждения электросилового оборудования. Обычно это нефтяные масла, содержащие противоокислительные, загущающие, антикоррозийные и др. присадки, улучшающие эксплуатационные свойства масел, а также растительные масла в качестве добавок.

В процессе эксплуатации масла соприкасаются с металлами, подвергаются воздействию воздуха, температуры и других факторов, под влиянием которых с течением времени происходит изменение свойств масла: разложение, окисление, полимеризация и конденсация, обугливание, разжижение горючим, обводнение и загрязнение посторонними веществами. Перечисленные факторы действуют в комплексе и взаимно усиливают друг друга, ухудшая качество масла в процессе его эксплуатации.

Отработанные нефтяные масла являются одним из существенных источников загрязнения окружающей среды - почвы, водных источников и грунтовых вод. Огромный экологический ущерб наносит слив отработанных масел в почву и водоёмы, который по данным зарубежных исследователей, превышает по объему аварийные сбросы и потери нефти при ее добыче, транспортировании и переработке. В связи с этим большое значение имеет полное или частичное восстановление качества отработанных масел (регенерация) с целью их повторного использования по прямому назначению или для иных целей.

Практический опыт показал перспективность применения адсорбции для очистки отработанных нефтяных масел от загрязнителей, наиболее широко распространенных в промышленности.

Поэтому разработка нового эффективного адсорбента на основе природного сырья является актуальным как с научной, так и с практической точки зрения.

Исходя из вышесказанного, целью исследования являлась разработка универсального адсорбента на основе белой глины (Пологовское месторождение) для очистки отработанных моторных масел от загрязнителей различной химической природы.

В качестве основного компонента адсорбента-поглотителя использовали глинистый минерал – каолинит, химический состав которого Al₄[Si₄,O₁₀](OH)₈ (39,5% Al₂O₃, 46,5% SiO₂ и 14% H₂O). В процессе изготовления адсорбента-поглотителя также применяли крахмал и керосин.

Путем изменения соотношения компонентов был определен оптимальный состав адсорбционной смеси для очистки технического моторного масла М-10Г2К (таблица). Как видно из таблицы, оптимальным соотношением компонентом является глина : крахмал : керосин = 3:3:1, т.к. при этом соотношении степень фильтрации достигает максимального значения и составляет 85-96%.

Для определения эффективного режима работы адсорбента-поглотителя исследовали влияние температуры, при этом контролировали оптическую плотность отработанного моторного масла и время фильтрации.

Адсорбция загрязнителей различной химической природы путем перколяционной очистки через полученную смесь при температуре 20°С проходит слабо. Повышение температуры процесса до 70-80°С понижает относительную оптическую плотность масла до 0,4, что, в свою очередь, указывает на повышение сорбционной ёмкости адсорбента-поглотителя.

Таблица

Исследование состава адсорбционной смеси

Состав адсорбционной смеси	Соотношение компонентов (по массе)	Фильтрующая способность		Физические характеристики масла
		Степень фильтрации, %	Оптическая плотность	Вязкость, мм^2/с	Плотность, г/см^3
Глина Крахмал Керосин	3 1 3	70-75	1,75-1,80	8,65	0,9080,002
Глина Крахмал Керосин	3 1 1	70-75	1,75-1,80	8,65	0,9080,002
Глина Крахмал Керосин	3 2 1	80-85	1,28-1,35	9,01	0,9080,002
Глина Крахмал Керосин	3 3 1	85-96	0,45-0,62	9,76	0,9080,002
Глина Крахмал Керосин	3 4 1	80-85	1,64-1,72	9,01	0,9080,002

Это явление, по нашему мнению, можно объяснить тем, что при повышении температуры межмолекулярные связи в крахмале разрываются, и освободившиеся гидроксильные группы молекул полисахарида могут образовывать водородные связи с гидроксильным группами, расположенными на боковых гранях кристаллов каолинита. Таким образом, происходит уплотнение вторичной пористой структуры каолинита, что приводит к осаждению высокодисперсных частиц загрязнителей на поверхности адсорбционной смеси.

Для определения оптимальных режимов работы адсорбционной смеси изменяли толщину слоя адсорбента от 5-20мм, при этом контролировали объем отфильтрованного масла и исследовали скорость фильтрации. При достижении максимальной скорости фильтрации оптическая плотность отработанного масла практически одинакова при любой толщине адсорбционного слоя. По мере накопления примесей в адсорбционном слое скорость фильтрации уменьшается и оптическая плотность масла увеличивается, что говорит о загрязнении адсорбционного слоя и его не способности удерживать частицы загрязнителя. Для дальнейшей эффективной очистки адсорбент-поглотитель необходимо регенерировать или заменить.

Учитывая скорость фильтрации, можно определить оптимальную толщину адсорбционного слоя и сопоставить его с продолжительностью эффективной работы адсорбента. В ходе эксперимента установлено, что оптимальная толщина адсорбционного слоя составляет 15мм при скорости фильтрации 0,11 г/мин, времени фильтрации 80 минут и относительной оптической плотности масла 0,59-0,85.

При использовании разработанной адсорбционной смеси происходит стабилизация эксплуатационных свойств очищенного масла. Отработанное моторное масло после адсорбционной очистки имеет повышенную температуру вспышки – 202°С, кинетическая вязкость при 100°С составляет 9,4 мм²/с.

Таким образом, на основании проведенной работы установлено, что оптимальное соотношение компонентов адсорбента составляет глина : крахмал : керосин = 3:3:1. В ходе эксперимента показано, что наиболее эффективными параметрами работы адсорбента при максимальной степени очистки отработанного моторного масла М-10Г2К являются: температура фильтрации 70 - 80°С, толщина адсорбционного слоя – 15мм, время адсорбции – 80 минут.