Использование биомассы топинамбура для извлечения нефтепродуктов с водной поверхности

1. Использование биомассы топинамбура для извлечения нефтепродуктов с водной поверхности

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего образования
«Казанский национальный исследовательский технологический университет"
(ФГБОУ ВО КНИТУ)
Кафедра инженерной экологии
Использование биомассы топинамбура
для извлечения нефтепродуктов с водной
поверхности
Выполнила:
Студентка группы 120М-11
Замилова Диана Алексеевна
Научный руководитель:
доцент, д.н. каф ИЭ
Шайхиев И.Г.
Казань, 2022 год

2. Цели и задачи выпускной квалификационной работы

Цель:
• Уменьшение воздействия на окружающую среду при аварийных
разливах путем сорбционной очистки от нефтепродуктов с
использованием модифицированных листьев и стеблей топинамбура.
Задачи:
• Рассмотреть методы очистки воды от нефтяных разливов.
• Выявить сорбционный способ при аварийных разливах нефтепродуктов,
в том числе на основе растительного сырья.
• Изучить общую характеристику объектов исследования.
• Определить основные сорбционные критерии нативного образца.
• Изучить влияние растворов серной кислоты на сорбционные свойства
биомассы топинамбура.
• Исследовать возможность применения модификации сорбционного
материала на основе листьев и стеблей топинамбура.
2

3. Топинамбур

Топинамбур (Heliánthus tuberósus),
также называемый «земляной
грушей» и «иерусалимский артишок»,
является разновидностью
подсолнечника. Родина растенияСеверная Америка
Рисунок 1 Зеленая биомасса топинамбура
Рисунок 2 Соотношение зеленой массы к
клубням топинамбура
3

4.

Основные характеристики сорбентов
Таблица 1 Основные свойства нативных образцов
Основные показатели
Листья
Стебли
Влажность, %
12,05
8,71
Зольность, %
0,25
0,45
Насыпная плотность, г/см3
0,17
0,21
55
45
Плавучесть, %
4

5. Состав нефтепродуктов

Таблица 2 Физико-химические характеристики сорбатов
Параметр
Плотность, г/см3
Нефть карбоновая
Нефть девоновская
Масло И-40А
924
847
881
-воды
2,858
0
-
-сера
4, 290
0,96
0,75
-асфальтены
5,210
1,27
-
-парафины
4,960
3,26
-
-смолы
19,180
8,57
-
-мех. примесей
0,09
0,38
-
Коксуемость, %
0
0
-
Вязкость при 20 С, МПа*с
19,18
19,0
14,0
8103
-
Содержание, масс, %:
Содержание хлористых солей, 14464,8
мг/дм3
5

6. Сорбционная емкость нативного образца

Рисунок 3- Сорбционная ёмкость нативных
листьев топинамбура
6

7. Основные параметры модифицированных образцов

Таблица 3 Результаты исследований по удалению нефтяной пленки с поверхности воды
Основные показатели
Значения
ЛТ (0,5%)
ЛТ (1%)
ЛТ (2%)
Влажность, %
12,00
11,45
11,36
Зольность, %
0,21
0,17
0,09
Насыпная плотность, г/см3
0,14
0,12
0,1
Плавучесть, %
57
61
64
7

8. Сорбционная емкость модифицированного образца

Рисунок 3- Нефтеёмкость
(девон) листьев топинамбура
до и после модификации
Рисунок 4- Нефтеёмкость
(карбон) листьев топинамбура
до и после модификации
Рисунок
Сорбционная ёмкость
Рисунок 35-Маслоёмкость
(И-40А)листьев
листьев
топинамбуратопинамбура
до и после модификации
8

9.

Водопоглощение модифицированного образца
Рисунок 6- Водопоглощение листьев
топинамбура до и после модификации
9

10.

Результаты влияния модификации на сорбционные
характеристики образцов
Θ= 61,1
а)
Θ= 58,4
б)
Рисунок 7- а) ЛТ; б) ЛТ, модифицированных
2 %-ным раствором H2SO4;
10

11.

Сорбционная емкость нативного образца
Рисунок 8- Сорбционная ёмкость нативных
стеблей топинамбура
11

12. Основные параметры модифицированных образцов

Таблица 4 Результаты исследований по удалению нефтяной пленки с поверхности воды
Основные показатели
Значения
СТ (0,5%)
СТ (1%)
СТ (2%)
Влажность, %
8,03
7,41
6,47
Зольность, %
0,34
0,23
0,19
Насыпная плотность, г/см3
0,19
0,16
0,14
Плавучесть, %
54
59
63
12

13.

Сорбционная емкость модифицированного образца
Рисунок 9- Нефтеёмкость (девон)
стеблей топинамбура до и после
модификации
Рисунок 10- Нефтеёмкость
(карбон) стеблей топинамбура
до и после модификации
Рисунок 11- Маслоёмкость (И-40А) стеблей
топинамбура до и после модификации
13

14.

Водопоглощение стеблей топинамбура
Рисунок 12- Водопоглощение листьев
топинамбура до и после модификации
14

15.

Результаты влияния модификации на
сорбционные характеристики образцов
Таблица 5 Результаты исследований по удалению нефтяной пленки с поверхности воды
Способ
обработки
СМ
Масса нефти,
образующей
пленку, г
Суммарное значение
нефте- и
водопоглощения, г/г
Нефтепоглощение,
г/г
Водопоглощение,
г/г
Степень
удаления
нефти, %
Нефть девоновского отложения
Без обработки
1,88
3,09
2,44
0,65
97,68
2,68
2,31
2,70
0,31
99,50
Нефть карбонового отложения
Без обработки
2,01
3,47
2,59
0,88
97,89
2,82
3,13
2,74
0,39
99,85
Масло марки И-40
Без обработки
1,98
3,25
2,51
0,74
97,76
2,56
3,05
2,67
0,38
99,6615

16.

Результаты влияния модификации на
сорбционные характеристики образцов
Θ= 70,5
а)
Θ= 79,7
б)
Рисунок 13- Результаты, полученные при определении
краевого угла смачивания поверхности образца с каплей
воды:
а)СТ;б) CТ, модифицированных
2 %-ным раствором H2SO4;
16

17.

Рентгеноструктурный анализ
Meas. data:topinambur_native/Data 1
Meas. data:topinambur_mod_2H2SO4_ste
bl/Data 1
2000
Intensity (cps)
Intensity (cps)
1500
1000
1500
1000
500
500
0
10
20
30
40
50
60
70
2-theta (deg)
Рисунок 14- Дифрактограмма нативных стеблей
топинамбура
0
10
20
30
40
50
60
2-theta (deg)
Рисунок 15- Дифрактограмма
модифицированных стеблей топинамбура
17
70

18.

Инфракрасная спектроскопия
Рисунок 16- ИК-спектр нативных стеблей
топинамбура
Рисунок 17- ИК-спектр модифицированных
стеблей топинамбура
18

19.

Анализ отходов биомассы топинамбура
Таблица 6 Объемы отходов, направленные на утилизацию в Краснодарском крае за 2021 год
Название
Отходы топинамбура
предприятия
Код ФККО
Наименование отхода ФККО
ООО " Экспланда
11121001235
ботва от корнеплодов, другие 10,3
Южная"
Количество
отхода, т
подобные растительные остатки
корнеплодных культур
ООО «Кубань
11121001235
пищепром»
ботва от корнеплодов, другие 20,1
подобные растительные остатки
корнеплодных культур
ООО "Меридиан"
11121001235
ботва от корнеплодов, другие 10,8
подобные растительные остатки
ООО НПФ
"Топинамбур"
11121001235
ботва от корнеплодов, другие 9,7
подобные растительные остатки
19

20. Расчет экологического ущерба

Оценка величины предотвращенного ущерба от загрязнения водной среды в Краснодарском крае
в
в
в
Ув