Сотрудники кафедры радиохимии химического факультета МГУ предложили материал, который может помочь в устранении нефтяных разливов на поверхностях водоёмов. Этот композит позволяет эффективно и селективно поглощать большой объём нефтепродуктов в короткий срок. Он стал достойной альтернативой используемым сегодня полимерным материалам, так как намного легче и экологичнее в производстве. Исследование выполнено в рамках нацпроекта «Наука и университеты». Результаты опубликованы в издании Energies.
Увеличение добычи нефти в мире ведёт к учащению аварийных ситуаций на нефтедобывающих и транспортных узлах. Ежегодно в России случается около 10 тысяч разливов на промысловых нефтепроводах.
Попадание нефти и бензина в окружающую среду несёт за собой необратимые последствия для почв, флоры и фауны в областях разлива, а наиболее опасные ситуации возникают при протечках в природные водоёмы, поскольку они грозят заражением и прочим экосистемам. Подчас толстый слой нефтепродуктов на поверхности водоёма огнеопасен. Для ликвидации аварийных разливов нефти используются четыре класса методов: механические, термические, биологические и физико-химические, которые предполагают использование сорбентов и в крайнем случае диспергентов. Именно методы последней группы являются одними из самых действенных, безопасных и – главное – экспрессными, поскольку прекращение расползание нефти по водоёму происходит почти моментально, как и впитывание материалами органической фракции.
Для быстрого устранения плёнок нефти и бензина с поверхности воды на сегодняшний день используются пористые полимеры – полиуретановые пены, полистирол и меламин. Эти материалы очень лёгкие, дешёвые и повсеместно доступные, но обладают большим недостатком – неселективной сорбцией органических загрязнителей.
Также важным классом сорбентов на сегодняшний день выступают углеродные материалы. К примеру, активно исследуется графен, обладающий высокими значениями удельной площади поверхности, большой теплопроводностью, также гидрофобностью. Его модификация – восстановленный оксид графена – способен эффективно сорбировать не только нефть, но и тяжёлые металлы. Но и здесь есть изъян – несмотря на отличные химические и механические характеристики таких материалов, практическое их применение ограничено необходимостью сбора этих порошков после процесса сорбции.
Внимание учёных сейчас направлено на разработку композита с использованием первого и второго классов существующих материалов. Химики МГУ предложили материал, который представляет собой композит на основе материалов первого и второго типа. Наиважнейшим параметром такого материала является селективность, которая считается как отношение сорбированной нефти (или нефтепродукта) к сорбированной воде. Если у обычных высокопористых полимерных сорбентов этот показатель около единицы, то у материалов, полученных исследователями, коэффициент варьируется в диапазоне 60-300 в зависимости от взятого пористого материала и восстановителя на этапе синтеза графен-содержащих материалов.
Например, учитывая, что меламин не обладает избирательностью к сорбату, количество поглощенной нефти, дизельного топлива и бензина у него совпадает с тем, что сорбировала меламиновая матрица, модифицированная восстановленным гидразином оксидом графена, только вот коэффициент селективности при модификации вырос в 220 раз – композит почти не поглощает воду. Если в этом случае селективность достигается именно за счёт понижения сорбции воды, то в случае модификации полиуретановой пены возрастает именно селективное впитывание органических жидкостей, хоть поглощение воды также происходит, но уже в значительно меньшей мере.
«Нам удалось создать материал, селективность сорбции которого превышает средний показатель по рынку. Метод, которым материал для поглощения нефти мог бы синтезироваться в промышленных масштабах, экономичный, экологически чистый и может быть поставлен на конвейер», – поясняет соавтор работы, аспирант химического факультета МГУ Тамуна Бахия.
Работа поддержана грантом Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.