Исследование сорбции нефтепродуктов зоогумусом на основе личинок Musca Domestica Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 502.7

ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИИ НЕФТЕПРОДУКТОВ ЗООГУМУСОМ НА ОСНОВЕ ЛИЧИНОК MUSCA DOMESTICA

Валерий Павлович Зайцев

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор химических наук, профессор кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]

Мария Викторовна Клименко

Сибирский государственный университет водного транспорта, 630099, Россия, г. Новосибирск, ул. Щетинкина, 33, инженер кафедры водных изысканий и экологии, тел. (383)211-11-67, e-mail: [email protected]

Предложен новый способ использования зоогумуса на основе личинок Musca Domestica в качестве сорбента для очистки воды от нефтепродуктов. Экспериментально полученные изотермы адсорбции дизельного топлива и машинного масла были промоделированы с помощью классических эмпирических уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха. Показано, что зо-огумус имеет наибольшую сорбционную активность по отношению к дизельному топливу, чем по отношению к машинному маслу.

Ключевые слова: нефтепродукты, сорбция, зоогумус, очистка.

INVESTIGATION OF OIL PRODUCTS SORPTION BY MUSCA DOMESTICA LARVAE-BASED ZOOHUMUS

Valerij P. Zaicev

Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., D. Sc. in ^emistry, Prof. of Department of ecology and nature management, tel. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]

Maria V. Klimenko

Siberian State University of Water Transport, 630099, Russia, Novosibirsk, 33 Schetinkina St., engineer of Department water research and ecology, tel. (383)211-11-67, e-mail: [email protected]

A new method of using Musca Domestica larvae-based zoohumus as a sorbent for water purification from oil products has been proposed. Experimentally obtained adsorption isotherms of diesel fuel and motor oil have been modeled using the classical empirical Langmuir-Freundlich equations. The article shows that zoohumus has the higher sorption activity in relation to diesel fuel compared to engine oil.

Key words: oil products, sorption, zoohumus, purification.

В последнее время для удаления нефти и нефтепродуктов в воде большое значение приобретают адсорбционные механизмы с применением различных сорбентов. Наиболее перспективными сорбентами для ликвидации нефтяных загрязнений являются природные и органические сорбенты. В связи с этим были исследованы возможности использования зоогумуса в качестве нового сор-

бирующего материала нефтепродуктов, полученного при обработке свиного навоза или куриного помета личинками Musca Domestica [1].

Экспериментальные исследования сорбционных свойств зоогумуса проводились на модельных растворах, насыщенных нефтепродуктами. В качестве нефтепродуктов использовались дизельное топливо марки ДТЛ-0,2-60

-5 "5

(р = 0,86 г/см ) и машинное масло марки М14В2 (р = 0,91 г/см ). Модельные растворы готовились путем перемешивания 1 мл нефтепродукта в 1 л дистиллированной воды. После перемешивания двухфазная система отстаивалась в течение суток, затем фазы разделялись и водный раствор, насыщенный нефтепродуктом, использовался для исследования сорбционных свойств зоогу-муса. Начальная концентрация дизельного топлива и машинного масла в воде составила 29,0 и 16,8 мг/дм соответственно.

Адсорбционное равновесие в системе «нефтесодержащая вода-сорбент» изучалось следующим образом. В исходные растворы добавлялся в различном количестве зоогумус, от 0,05 до 1 г, затем раствор перемешивался не менее 15 минут с помощью магнитной мешалки. После осаждения взвешенных частиц сорбента, полученные растворы анализировали на приборе КН-2 по аттестованной методике [2]. Все опыты проводили при комнатной температуре 20±2 °С.

Величина равновесной адсорбции рассчитывалась по формуле

Ар = (Со - С) • V/m, (1),

где Ар - емкость адсорбента, мг/г;

Со, С - начальная и равновесная концентрация концентрация нефтепродуктов в растворе соответственно, мг/л;

V - объем исследуемого раствора, л;

m - масса образца сорбента зоогумуса, г.

По результатам проведенной работы были построены изотермы адсорбции зоогумусом машинного масла и дизельного топлива, которые представлены на рис. 1.

Рис. 1. Изотермы адсорбции нефтепродуктов зоогумусом: 1 - дизельное топливо; 2 - машинное масло

Полученные изотермы адсорбции нефтепродуктов по классификации Гильса принадлежат к изотермам Ленгмюра [3]. Указанные изотермы по мере увеличения концентрации сорбируемого вещества стремятся к некоторому значению, соответствующему заполненному монослою нефтепродуктов на поверхности сорбента.

С учетом формы равновесных кривых были промоделированы экспериментальные результаты с использованием уравнения Ленгмюра

Ар = Ат1+к ь С С (2)'

имеющего вид в линейной форме

С 1 ^, (3),

Ар КЬ * Ат Ар

где Ат - адсорбционная емкость зоогумуса при насыщении, мг/г; Кь - константа сорбционного равновесия.

Линейная форма изотермы, представленная на рис. 2, позволяет получить постоянные параметры уравнения Ленгмюра (Ат и КД

Рис. 2. Изотермы адсорбции Ленгмюра в логарифмических координатах: 1 -

дизельное топливо; 2 - машинное масло

Экстраполяция прямой линии до оси ординат дает отрезок 1/Ат Кь, а тангенс угла наклона прямой tga = 1/Ат. Рассчитанные значения постоянных уравнения Ленгмюра приведены в таблице.

Для более полной оценки сорбционных свойств зоогумуса по отношению к нефтепродуктам изотермы адсорбции были проанализированы в соответствующих координатах линеаризации эмпирического уравнения Фрейндлиха [4]:

1

Ар = КР • Сп (4)

где Кр - константа равновесия уравнения Фрейндлиха, относящаяся к адсорбционной емкости; п - параметр, характеризующий кривизну изотермы в начальной области концентраций и указывающий на интенсивность взаимодействия адсорбент-адсорбат.

На рис. 3 представлены экспериментальные данные по адсорбции нефтепродуктов зоогумусом в координатах линейного уравнения

1ВА р = 1ВКР + 1С. (5)

О. < U)

1 Гг

/

I-i-i-i-i-э—1-1-i-i-

-2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2

ige

Рис. 3. Изотермы адсорбции Фрейндлиха в логарифмических координатах: 1 -

дизельное топливо; 2 - машинное масло

Видно, что экспериментальные точки адсорбции нефтепродуктов зоогуму-сом хорошо укладываются на прямые линии - это свидетельствует, что данное уравнение может быть использовано для нахождения параметров уравнения Фрейндлиха (Кр, п), которые приведены в таблице.

Параметры Кь, Кр, п позволяют сравнить активность сорбента по отношению к нефтепродуктам: чем больше параметры сорбционного равновесия, тем сильнее взаимодействие системы адсорбент - адсорбат. Из сравнения данных таблицы 1 можно сделать вывод, что зоогумус имеет наибольшую сорбцион-ную активность по отношению к дизельному топливу, чем по отношению к машинному маслу.

Таблица 1

Параметры уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха для статической сорбции

нефтепродуктов зоогумусом

Параметры уравнения Дизельное топливо Машинное масло

Уравнение Ленгмюра

Кь 0,72 0,50

А Ат 140 100

Я2 0,98 0,94

Уравнение Фрейндлиха

68,56 27,10

п 4,76 1,96

Я2* 0,958 0,994

-^--

- величина достоверной аппроксимации

Для каждой из представленных зависимостей после обработки были получены величины достоверной аппроксимации, которые приведены в таблице. Сравнение коэффициентов аппроксимации при линеаризации изотерм показывает, что высокая корреляция для моделей Ленгмюра и Фрейндлиха дает основания использовать эти теории для интерпретации равновесных данных по адсорбции нефтепродуктов. Вычисленные таким образом параметры уравнений позволяют найти уравнение адсорбции, по которому можно вычислить количество адсорбированных нефтепродуктов в равновесных условиях.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гудилин И.И., Кондратов А.Ф. и др. Биотехнология переработки органических отходов и экология / ред. И.И. Гудилина, А.Ф. Кондратова / Новосибирское книжное издательство. - 1999. - 393 с.

2. Лурье Ю.Ю., Рыбникова А.И. Химической анализ производственных сточных вод. -М.: Изд-во «Химия», 1974. - 336 с.

3. Парфит Г. Адсорбция из растворов на поверхности твердых тел: Пер. с англ./ Под ред. Г. Парфита, К. Рочерстера. - М.: Мир. 1986. - 488 с.

4. Фролов Ю.Г. Поверхностные явления и дисперсные системы / Ю.Г. Фролов - М.: Изд-во «Химия», 1982. - 400 с.

© В. П. Зайцев, М. В. Клименко, 2016