Получение тонких нефтяных пленок в лабораторных условиях

В этой статье была исследована абсорбция некоторых образцов местной нефти с полимерными сорбентами, был проведен хроматографический анализ и исследована абсорбция местной нефти с помощью биосорбентов в среде гептана или гексана.

Ключевые слова: нефть, абсорбция, сорбенты, хроматографический анализ, гексан, гептан.

В последние годы в результате антропогенного воздействия на биосферу, атмосферу, гидросферу и литосферу Земли продолжается загрязнение различными видами веществ. Органические соединения, такие как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и фенолы являются глобальной экологической проблемой, поскольку они вызывают воспаление и рак человеческой кожи. Как известно, существуют два типа антропогенных источников углеводородов: это петрогенные и пирогенные источники. Петрогенные источники включают сырую нефть и углеводородные соединения нефтяного происхождения. Пирогенные источники углеводородных соединений образуются в результате неполного сгорания органических веществ, таких как нефть, дерево, уголь каменный и т. д. [1–2]. Используются различные методы для исследования и решения более серьезных экологических проблем.Высокая степень загрязнения Каспийского моря и самое главное – уничтожение флоры и фауны гидросферы – в настоящее время очень актуальны. Поэтому для очищения и защиты гидросферного слоя в настоящее время исследуются и изучаются эффективные способы очистки воды.Как мы знаем, имеются физические, химические и биологические методы для очистки загрязненной воды. Тем не менее, химические методы для качественной очистки воды важны для нас, чтобы иметь возможность изменить состав воды с помощью природных и синтетических сорбентов [3]. С этой целью были использованы различные сорбенты природного происхождения для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, и были взяты пробы питьевой и морской воды. В среде гексана или гептана с биосорбентами происходил сбор нефти и нефтепродуктов с помощью масел растительного происхождения [3]. C этой целью 2–3 пробы были взяты из добываемой в регионе местной нефти и были изучены их химические свойства [4].

Для анализа собирательной и диспергирующей способности реагентов использовалась характеристика – кратное собирание. Кратность собирания характеризует эффективность собирающей способности реагентов и представляет собой отношение исходной площади к площади поверхности пятна, который образуется под действием реагента. Если исходная площадь нефтяного пятна соответствует значению S₁, а площадь нефтяного пятна после действия реагента S, то

К= S₁/S.

Чем эффективнее реагент, тем меньше площадь пятна, образовавшегося после действия реагента, и тем больше значение К в данном конкретном случае. Влияние толщины нефтяной пленки на характер собирания было исследовано на пресной и морской воде. Было установлено, что увеличение толщины нефтяной пленки как на пресной, так и на морской воде приводит к уменьшению продолжительности удержания нефтяного пятна.

В нашем случае для создания тонких нефтяных пленок в лабораторных условиях были использованы нефти месторождения «Нефть дашлары» и «28 мая». Для этого в чашку Петри наливается 30–40 мл воды, на поверхность которой капают несколько капель (0,2–0,5 мл) нефти. Спустя 3–4 часа нефть разливается по водной поверхности и образует нефтяное пятно. Толщину нефтяной пленки определяют по соотношению

h=V/S

где h-толщина пленки, V-объем добавленной нефти(мл), S-площадь нефтяного пятна (см²).

Исследования собирательной и диспергирующей способности исходных компонентов показало, что разные растительные масла, такие как соевое, оливковое, касторовое и др. масла в чистом виде, не обладают указанном способностями, а гептан или гексан обладает слабым собирающим свойством. При добавлении гептана или гексана на тонкую нефтяную пленку наблюдается выраженный эффект собирания. Растекание нефтяного пятна начинается уже спустя 45–50 минут. Ниже проведена зависимость между временем и поглощением нефти в протекающем процессе.

Рис1. Зависимость между временем и поглощением нефти

Ряд авторов [5–7] полагают, что для нефтей морского происхождения характерно соотношение пристан/фитан менее единицы, а для нефтей прибрежно-морского или континентального генезиса — более единицы. В нашем случае тоже соотношение было более единицы. Для этого проводился ряд хромотографических анализов для указанных нефтей.

Анализ проб проводился в Каспийской Экологической Лаборатории CEL, используя общепринятые международные процедуры. Общие углеводороды нефти анализировались с использованием газового хроматографа с пламенно-ионизационным детектором HP6890 (Agilent, США), оснащенным колонкой ZB-1 (Phenomenex, США). Качественный анализ полициклических ароматических углеводородов и фенолов проводился на газовом хроматографе HP6890 с масс-селективным детектором HP5975, (Agilent, США), оснащенном колонкой ZB-5 (Phenomenex, США). В качестве газа-носителя для анализов использовался гелий. Особые меры были приняты для предотвращения загрязнения от стеклянной посуды, тефлона, стальных материалов, для чистки посуды использовались деионизированная вода и метилен хлорид [4].

С помощью хроматографических анализов можно определить источник загрязнения местных нефтей. Ниже показаны соотношения пристан/фитан для местных нефтей (образцы из «Сиязань» и «Гала»).

«Сиязань»(образец получен 06.04.13)

«Гала» (образец был получен 06.04.13)

Во всех нефтях пристан преобладает надфитаном, в большинстве из них содержание тяжелых изопреноидов выше содержания легких. В составе алифатических углеводородов, выделенных из углей, идентифицированыфитан и пристан [5–7]. Фитан образуется за счет химических превращений хлорофилла растений. В процессе катагенетических превращений угля содержание фитана уменьшается, а пристана возрастает. Поскольку соотношение пристан/фитан является важным генетическим признаком, то необходимо коротко остановиться и на этом вопросе. В первом случае фитол восстанавливается в дигидрофитол, из которого затем получается фитан; во втором происходит окисление фитола в фитеновую кислоту и далее образование пристена и пристава [8–9].

Как видно из таблиц, в соответствии с «Нефть дашлары» и «28 мая», в ходе анализа нефтяной компонент показал наличие большего количества углеводородов (парафины), чем нафтенов в этих композициях, и соотношение фитанового и пристанового числа (Ph/Pr) повышает 1.

Литература:

1.      Blummer, M., 1976. Polycyclic aromatic compounds in nature, Scientific American Journal, 234: p.34–45.

2.      Богдановский Г. А. Химическая экология.// М.МГУ.1994.237с.

3.      Гельферих Ф. Иониты.Основы ионного обмена.//Иностр.изд-во.// 1962.491с.

4.      С. Р. Гаджиева, Э. М. Кадырова, М. В. Бандалиева,Х. Л. Рафиева. Очистка сточных вод загрязненные нефтью и нефтепродуктами// European Applied Sciences//ISSN 2195–2183,ORT Publishing, Germany,№ 12,2013, p.120–123.

5.      Сафонова Г. И. Реликтовые структуры в углеводородах нефтей различных стратиграфических подразделений. М., Недра, 1980.

6.      Тиссо Б., Вельте Д. Образование и распространение нефти. М., Мир, 1981.

7.      Хант Дж. Геохимия и геология нефти и газа. М., Мир, 1982.

8.      Химия нефти и газа.// Под ред. В. А. Прооскурякова и А. Е. Дрыбкина. Л.: Химия,1981, 359 с.

9.      Щербань О. В. Некоторые общие черты катагенетической эволюции реликтовых углеводородов органического вещества пород.- В кн.: Эволюция нефтегазообразования в истории Земли. М., 1984, с. 258–259.