Введение 8
1. Литературный обзор 10
1.1 Нефтесодержащие сточные воды. Эмульсии типа «масло в воде» 10
1.1.1 Разрушение эмульсий 11
1.2 Классификация методов очистки нефтесодержащих сточных вод 12
1.3 Методы очистки сточных вод от эмульгированных нефтепродуктов. .. 12
1.4 Мембранные методы очистки нефтесодержащих сточных вод 19
1.4.1 Мембраны 19
1.4.2 Свойства и характеристики мембран 19
1.4.3 Типы мембранных элементов 21
1.4.4 Классификация мембран по размерам пор 25
1.4.5 Способы модификации мембран 26
2. Материалы и методы 32
2.1 Реактивы и материалы 32
2.1.1 Аммиак 32
2.1.2 Азот газообразный 33
2.1.3 Аргон газообразный 34
2.1.4 Тетрахлорметан 35
2.1.5 Мембраны 37
2.1.6 Получение модельной нефтяной эмульсии 37
2.2. Модификация мембран СВЧ излучением 40
2.2.1 Микроволновая лабораторная установка 40
2.2.2 Обработка мембран СВЧ излучением в среде воздуха 41
2.2.3 Обработка мембран СВЧ излучением в среде азота и аргона 41
2.2.4 Обработка мембран СВЧ излучением в среде аммиака 41
2.3 Определение изменения массы мембран 42
2.4 Определение влагоёмкости мембран 43
2.5 ИК-Фурье спектроскопия 45
2.6 Исследование поверхности исходных мембран 47
2.7 Лабораторная установка мембранного разделения 48
2.7.1 Определение удельной производительности мембран 50
2.8. Определение степени удаления нефтепродуктов из эмульсии 50
2.8.1 Определение концентрации нефтепродуктов 50
2.8.2 Определение размера частиц и Z-потенциала дисперсной фазы исходной и фильтратов эмульсий 52
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ 55
3.1 Обработка микрофильтрационных мембран из нейлона, ПТФЭ
сверхвысокочастотным (СВЧ) излучением в среде атмосферного воздуха, азота, аргона и аммиака 55
3.1.1 Исследование изменения массы мембраны в результате обработки
СВЧ излучением 57
3.1.2 Определение влагоёмкости исходных и модифицированных
мембран с помощью анализатора влажности A&MD 59
3.2 Исследование ИК-спектров исходных и модифицированных мембран 61
3.3 Определение степени разделения и удельной производительности модельных эмульсий исходными и модифицированными мембранами по показателю нефтепродукты 61
3.3.1 Определение удельной производительности исходных и
модифицированных мембран по дистиллированной воде и модельной нефтяной эмульсии 62
3.3.2 Определение степени разделения модельной нефтяной эмульсии
исходными и модифицированными мембранами 64
3.3.3 Определение размера частиц и дзета-потенциала дисперсной фазы
эмульсий 67
4. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ 79
4.1 Основные правила безопасной работы в лаборатории 80
4.2. Основные правила безопасной работы с химическими веществами. ... 81
4.2.1 Особенности работы со взрывчатыми веществами 81
4.2.2 Работа с кислотами и щелочами 82
4.2.3 Работа с ртутью 83
4.2.4 Работа с твердыми веществами 85
4.3 Основные правила противопожарной безопасности 86
Заключение 88
Список сокращений 90
Список литературы 91
В современном мире всё больше увеличивается количество антропогенных загрязняющих веществ различного класса опасности, поступающих в природную среду. Это происходит вследствие развития науки и техники, и приводит к деградации биосферы, и, как правило, снижению качества жизни человека.
Важнейшим компонентом биосферы, определяющим возможность существования жизни на земле, является вода. Даже небольшое изменение состава и свойств воды может пагубно повлиять на жизнь животных и растений. Помимо этого, вода широко используется в промышленности в качестве реагента, теплоносителя, растворителя, а также для промывания изделий. В процессе эксплуатации водных объектов происходит их загрязнение. Образуются сточные воды. Их состав и количество зависит от технологических процессов, из-за которых они образуются.
Одно из первых мест в рассматриваемой проблеме занимает загрязнение сточных вод нефтепродуктами. Продукты переработки нефти, а также сырая нефть, которые так широко используются в промышленности и народном хозяйстве, попадая в атмосферные, промышленные и хозяйственно-бытовые сточные воды, поступают в природные объекты, нарушая тем самым ход естественных биохимических процессов. Это вызывает деградацию рек, озёр, морей, грунтовых вод, а также снижает плодородие почвы.
Повсеместно сточные воды, содержащие нефтепродукты, образуются при добыче и переработке нефти, а также при использовании нефтепродуктов машиностроительными, химическими и нефтехимическими предприятиями. В составе сточных вод, содержащих нефтепродукты, могут быть поверхностно-активные вещества, различные эмульгаторы (соли, асфальтены, смолы, нефтерастворимые органические кислоты, а так же мельчайшие примеси, такие как ил и глина), из-за чего они могут формировать агрегативно-устойчивую многокомпонентную структуру.
Актуальность работы. Для очистки эмульгированных сточных вод, содержащих нефтепродукты, применяются нефтеловушки и отстойники. Их недостатками являются длительность процесса, недостаточная степень очистки. Недоочищенные сточные воды подвергаются неоднократному разбавлению, или хранятся в течение долгого времени в резервуарах, после чего поступают в водные объекты, что приводит к деградации биоценозов.
На основании вышеизложенного актуальным является применение высокоэффективных и низкоэнергозатратных мембранных технологий. Однако, при эксплуатации мембран наблюдается снижение их рабочих характеристик. В этой связи целесообразна модификация мембран, в частности сверхвысокочастотным излучением в дециметровом диапазоне волн.
После проведения исследований можно сделать следующие выводы:
1. Для повышения производительности и степени разделения нефтяных эмульсий провели модификацию тонкопленочных микрофильтрационных мембран из нейлона и политетрафторэтилена (ПТФЭ) сверхвысокочастотным излучением в дециметровом диапазоне волн в среде атмосферного воздуха, азота, аргона и аммиака.
2. В результате обработки мембран СВЧ излучением в среде воздуха наблюдается незначительное уменьшение массы мембран, для нейлоновой мембраны до 0,12%, для ПТФЭ мембраны до 2,2%, при обработке в среде азота до 0,66% для нейлоновой, от 0,04 до 0,13 % для ПТФЭ мембраны. Обработка СВЧ излучением в среде аммиака приводит к потере массы мембран, при обработке мембраны из нейлона в течении 60 минут потеря массы составляет 0,52 %, при обработке ПТФЭ мембраны в течении 60 минут потеря массы мембраны составляет 0,24 %. Масса мембраны уменьшается за счет травления поверхностного слоя. Скорость травления поверхности мембраны зависит от природы и степени кристаллизации полимера, скорость травления аморфных областей выше, это связано с меньшей плотностью и большей диффузией реакционных газов.
3. Выявлено увеличение влагоемкости для ПТФЭ мембран и снижение для нейлоновых мембран после обработки СВЧ излучением в зависимости от времени. Что означает об увеличении смачиваемости поверхности ПТФЭ мембран. В результате обработки СВЧ излучением поверхности нейлоновой мембраны снижается влагоемкость, что свидетельствует о снижении смачиваемости поверхности мембран. Сильнее всего влагоемкость снижается после обработки мембраны в среде атмосферного воздуха на 8,6 % и азота 8,5 %, после обработки в среде аммиачных паров наблюдается снижение на 8,2%, менее всего после обработки в среде аргона снижение на 7,8 %.
Воздействие СВЧ излучения на мембрану приводит к увеличению степени его кристалличности , в результате чего происходит рост прочности полимерной пленки, уменьшается пористость, что и приводит к снижению влагоемкости мембраны.
Из-за травления поверхности ПТФЭ мембраны из-за обработки СВЧ излучением повышается влагоемкость мембраны, что свидетельствует о повышении смачиваемости поверхности мембран. Сильнее всего влагоемкость повышается при обработке мембраны в среде атмосферного воздуха до 5,7 %, менее всего после обработки в среде аргона - на 3,3 %.
4. После обработки мембраны из нейлона в течении 30 мин в среде воздуха, наблюдается увеличение интенсивности ИК-спектров. Так же появляются новые полосы поглощения 2340 и 2358 см-1которые можно отнести к колебаниям связей солей аминов R2C=NH+-.
5. Определено, что в результате обработки СВЧ излучением мембран из ПТФЭ и нейлона, как правило, увеличивается удельная производительность. Данное обстоятельство связано, видимо с увеличением размера пор мембран, также имеет место повышение шероховатости, увеличение смачиваемости.
Снижение удельной производительности наблюдается у мембран обработанных в среде аргона. Это происходит видимо за счет сшивания поверхностного слоя и изменения его диффузионных характеристик .
6. Степень разделения эмульсии мембранами из нейлона после СВЧ обработки снижается, а с ПТФЭ мембранами увеличивается.
7. Также после обработки нейлоновой мембраны СВЧ излучением происходит увеличение размера отсекаемых частиц, а при разделении эмульсии обработанной ПТФЭ мембраной наоборот размер отсекаемых частиц уменьшается.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
