Вторичные полимерные композиты – сорбенты для сбора нефти

Скопинцев И.В., Тимофеева А.М., Мясоедова В.В.*
ФГБОУ ВПО Московский государственный университет инженерной экологии

Актуальность работы в научном плане обусловлена необходимостью развития научных основ рецептуростроения композитов на основе вторичных полимеров с заранее заданными свойствами, в том числе сорбционной способностью и биоразлагаемостью, для борьбы с разливами нефти и нефтепродуктов при авариях. В практическом плане повторное использование пластмасс открывает возможность создания дешевых сорбентов, что, с одной стороны, позволит сократить потребление ископаемого сырья (нефти и газа) для синтеза полиолефинов, а с другой – уменьшить загрязнение окружающей среды путем устранения последствий разливов нефти и решить экологические проблемы по утилизации отходов.

Цель настоящей работы:
- совместить переработку отходов производственного потребления (полиолефиновых пленок) с отходами общественного потребления (упаковка Tetra Pak);
- создать композиционный материал с сорбционными свойствами на основе полимерного связующего и наполнителя из б/у упаковки;
- установить закономерности по влиянию природы и состава связующего и дисперсного наполнителя на энергосберегающие условия переработки на вальцах в композит;
- экспериментально определить оптимальный состав полимерного композиционного сорбента для установления максимальной адсорбционной способности по отношению к нефти.

Россия занимает огромную территорию со значительным количеством небольших населенных пунктов, в которых перспектива цивилизованного решения проблемы утилизации твердых бытовых отходов достаточно далека от совершенства.

На городских свалках даже среднего города ежегодно скапливаются сотни тысяч тонн бытовых отходов. Разлагаясь, они отравляют воздух, почву, подземные воды и превращаются, таким образом, в серьезную опасность для окружающей среды и человека. Проблему уничтожения такой огромной массы отходов, бесспорно, можно отнести к категории экологических, с другой стороны, она самым тесным образом связана с решением сложных и технических вопросов.

Тема «упаковка и экология» нередко возникает лишь, когда, выполнив основные функции, упаковка завершает свой жизненный путь – к сожалению, пока еще часто на свалке. Альтернатива – причем реальная уже и в нашей стране – ее вторичная переработка (рисайклинг). Первые шаги в области переработки потребительских отходов картонной упаковки Tetra Pak для напитков в промышленных масштабах стали появляться еще пару десятков лет назад. Около года назад старт рисайклингу был дан и в России. Появились первые предприниматели, которые разглядели в этом вторичном ресурсе серьезный потенциал.
Состав упаковки: 75% – высококачественный картон, 20% – полиэтилен, 5% – алюминий.
В России действуют несколько предприятий по переработке потребительских отходов картонной упаковки Tetra Pak. Для кого-то этот бизнес уже стал устойчивым, а кто-то делает в нем только первые шаги. Но перспектива и потенциал очевидны уже многим.

Проблема борьбы с разливами нефти и нефтепродуктов при авариях в настоящее время является актуальной для всего мира. При разливе нефти наибольшую опасность представляет распространение ее на больших площадях, приводящее к нарушениям экологического баланса и делающее невозможным нормальное функционирование биологических систем и технических средств в течение длительного времени. Особенно опасным является попадание нефти и нефтепродуктов в водную среду, поскольку это, как правило, сопряжено с возможностью загрязнения территорий, находящихся в десятках и сотнях километров от места аварии.

Известны следующие способы сбора проливов нефти с поверхности воды, в которых в качестве адсорбентов используются:
1) порошок эластомера-блоксополимера стирола с этиленом и бутиленом;
2) перья водоплавающей птицы;
3) волокнистый материал из полипропилена или модифицированного базальтового волокна в виде сетки с размером ячеек 5–30 см с напыленными на него поверхностно-активными веществами;
4) волокнистый целлюлозный материал – ватин, техническая вата или отходы текстильного производства с нанесенным на него блоксополимером стирола с бутадиеном с содержанием стирола от 10 до 50 мас.%.

К недостаткам данных способов можно отнести их высокую стоимость, технологические трудности сбора адсорбента с поверхности воды, невозможность регенерации, применение первичных полимерных материалов.
С одной стороны, существует проблема утилизации отходов, с другой – проблема защиты окружающей среды от нефтесодержащих сточных вод.

Нами предложено использовать для получения адсорбента вторичные полимерные материалы: отходы пленочного производства полиолефинов и других полимеров – в качестве связующего, а в качестве наполнителя – например, отходы картонно-бумажной тары или упаковочные материалы. На смесительных вальцах была получена опытная партия образцов, содержащих вышеуказанные отходы материалов и изделий в широком диапазоне составов при различных температурах и скоростей-напряжений сдвиговой деформации.

Проведенные работы по изучению закономерностей влияния природы и состава композиционных сорбентов на поглощение нефтепродуктов и рецептуростроения сорбентов на основе композитов – целлюлозонаполненых вторичных полимеров подтверждают возможность их использования для сбора нефтепродуктов. Выбрано оптимальное соотношение связующего и наполнителя в композите, используемом в качестве сорбента, отличающееся улучшенными параметрами энергоэффективности переработки исходных компонентов и повышенной производительностью. Экспериментально установлено оптимальное объемное соотношение нефтепродуктов и сорбента для устранения загрязнения. Уже подана заявка на патент, после получения которого сорбент сможет применяться на практике заинтересованными организациями.

Авторы: Скопинцев И.В., Тимофеева А.М., Мясоедова В.В.*
Источник: ФГБОУ ВПО Московский государственный университет инженерной экологии
(105066, г. Москва, ул. Старая Басманная, дом 21/4; iskopincev@mail.ru
* Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук)