Изучение сорбционных свойств шелухи риса и гречихи по отношению к нефтепродуктам Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Химия растительного сырья. 2005. №2. С. 51-54.

УДК 542.06 + 504.06

ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ШЕЛУХИ РИСА И ГРЕЧИХИ ПО ОТНОШЕНИЮ К НЕФТЕПРОДУКТАМ

© Л.А. Земнухова , Е.Д. Шкорина, И.А. Филиппова

Институт химии ДВО РАН, пр-т 100-летия Владивостока, 159,

Владивосток, 690022 (Россия). E-mail: [email protected]

Изучена сорбционная активность вторичных продуктов переработки растительного сырья - шелухи риса и гречихи по отношению к растворенным и эмульгированным нефтепродуктам.

Введение

Комплексное использование растительного сырья является одной из актуальных задач современности. Особую ценность представляют возобновляемые отходы злаковых культур, которые образуются на заводах при очистке зерна.

В продолжение систематических исследований химических характеристик отходов производства риса и гречихи [1-4], необходимых для создания перспективных технологий по их переработке, изучены сорбционные свойства шелухи указанных злаков по отношению к сточной воде, содержащей растворенные и эмульгированные нефтепродукты.

Экспериментальная часть

Объектами исследования послужили шелуха риса (РШ) и гречихи (ГШ), отобранная в Приморском крае, и ее нерастворимые остатки, полученные по методикам [5, 6] в процессе извлечения полисахаридов водной, оксалатной и щелочной экстракций. Список исследованных образцов представлен в таблице 1. Для сравнения сорбционных параметров названных образцов использовали гидрофобизированный керамзитовый гравий (керамзит), сорбционная активность которого составляет 95% [7].

Сорбционную активность образцов шелухи риса и гречихи по отношению к растворенным и эмульгированным нефтепродуктам (НП) исследовали статическим методом.

Модельные эмульсии нефтепродуктов готовили по точной навеске дизельного топлива (ДТ) плотностью 0,8 г/л согласно методике, описанной в [7]. Модельные системы, содержащие растворенные углеводороды, приготавливали на основе толуола, растворимость которого в воде составляет 500 мг/л. Точную навеску толуола растворяли в течение 24 ч в дистиллированной воде при температуре 22 °С.

Для исследования адсорбционной емкости образцы воздушно-сухой шелухи риса и гречихи 2 г (10 мл) помещали в конические колбы с притертыми пробками и добавляли 50 мл приготовленной эмульсии ДТ или раствора толуола в воде. Аналогичным образом исследовали свойства гидрофобизированного керамзитового гравия с диаметром гранул 10 мм. Сорбенты оставляли в контакте с раствором на 24 ч, после чего твердую фазу отделяли декантацией и определяли мутность супернатанта и содержание в нем нефтепродуктов.

* Автор, с которым следует вести переписку.

Таблица 1. Характеристика исследованных образцов (сорбентов)

Сырье № сорбента Условия получения образца Масса остатка ГШ и РШ после экстракции растворителем, %

Шелуха гречихи 1 Исходное сырье, размер частиц >2 мм

(ГШ) 2 Остаток после обработки Н20 (ГШвод.) [5] 90,79

3 Остаток после обработки (ЫН4)2С204, 0,5 н (ГШокс.) [5] 88,57

4 Остаток после обработки ЫаОН, 0,5 н (ГШщел.) [5] 85,72

Шелуха риса 5 Исходное сырье, размер частиц >2 мм

(РШ) 6 Остаток после обработки Н20 (РШвод.) [6 ] 93,41

7 Остаток после обработки (ЫН4)2С204, 0,5 н (РШокс.) [6] 89,40

8 Остаток после обработки ЫаОН, 0,5 н (РШщел) [6] 87,99

Керамзитовый гравий (керамзит) 9 Получен по методике [7]

Мутность растворов характеризовали по изменению оптической плотности, измеренной на спектрофотометре иУ-УК 1201 Shimadzu при длине волны 500 нм. Для определения содержания НП предварительно проводили их экстракцию гексаном при соотношении водной/органической фаз, равном 10 : 1. Остаточное содержание ДТ определяли флуориметрически с использованием стандартной методики для «Флуорат 02» и калибровочной кривой, предварительно построенной для исходного ДТ. Содержание толуола контролировали спектрофотометрически при длине волны 220 нм.

Эффективность процесса оценивали степенью извлечения ^, %) нефтепродуктов из растворов по формуле:

S = (Сисх - СКон)-100 / Сисх,

где Сисх и Скон - исходная и конечная концентрации (мгл-1) нефтепродуктов в растворе.

Обсуждение результатов

Измерения оптической плотности эмульсии показали, что с увеличением времени контакта сорбента с эмульгированными нефтепродуктами оптическая плотность всех сорбентов уменьшается по отношению к исходному раствору эмульсии (рис. 1), что говорит о способности данных образцов извлекать из растворов эмульгированные нефтепродукты.

Степень очистки эмульгированных нефтепродуктов в зависимости от характеристик исследуемых образцов сорбентов представлена в таблице 2. Полученные данные показывают, что максимальной сорбционной способностью по отношению к эмульгированным нефтепродуктам ^=75,5%) обладает керамзит, что определяется, согласно [7], высоким сродством нефтепродуктов к его гидрофобной поверхности. Сорбционная емкость образцов сорбентов из рисовой шелухи и шелухи гречихи невелика: степенью извлечения изменяется в диапазоне 12,3-43,6%. Наибольшую степень очистки имеет необработанная рисовая шелуха (образец 3).

Влияние свойств сорбента на степень очистки растворенных нефтепродуктов показано в таблице 3. Максимальной сорбционной емкостью характеризуется образец, полученный из шелухи гречихи после оксалатной экстракции (образец 5): степень очистки раствора этим сорбентом составляет 69,9%. Минимальная степень очистки проявляется у образцов, полученных из ГШ и РШ после водной экстракции (образцы 4 и 7). Сорбционная емкость остальных исследуемых образцов изменяется в диапазоне 32,8-47,5%. При этом эффективность извлечения растворенного толуола гидрофобизированным керамзитом не превышает 47,7%.

Сравнение сорбционных свойств изученных образцов представлено на рисунке 2. Анализ полученных данных свидетельствует о том, что РШ, независимо от условий ее обработки, в большей степени сорбирует эмульгированные НП, чем растворенные, в то время как ГШ проявляет большую сорбционную активность по отношению к растворенным НП, чем к эмульгированным. Полученные результаты исследования позволяют рекомендовать образец ГШ, обработанный оксалатом аммония, в качестве сорбента для извлечения растворенных нефтепродуктов из сточных вод.

Рис. 1. Изменение оптической плотности (Б) эмульсии от времени контакта (1) сорбента с эмульгированными нефтепродуктами (номер сорбента - по таблице 1): 0 - холостая проба;

1 - сорбент №1; 2 - сорбент №8; 3 - сорбент №6

Рис. 2. Сравнение степени очистки ^) шелухи гречихи (ГШ), риса (РШ) и керамзита по отношению к растворимым (■) и эмульгированным нефтепродуктам (□) (п* - номер сорбента по таблице 1)

Таблица 2. Характеристика модели сточной воды: водная эмульсия дизельного топлива (ДТ) до и после очистки (содержание ДТ до очистки, Сисх=150 мг/л)

№ сорбента (по таблице 1) Водная эмульсия с содержанием ДТ после очистки, Скон, мг/л Степень очистки, Б, %

1 92,3 38,4

2 91,7 38,8

3 129,1 13,9

4 131,5 12,3

5 84,6 43,6

6 110,0 26,6

7 92,6 38,2

8 102,6 31,6

9 36,7 75,5

Таблица 3. Характеристика модели сточной воды: растворенный толуол до и после очистки (содержание толуола до очистки, Сисх=250 мг/л)

№ сорбента (по таблице 1) Модель сточной воды с содержанием толуола после очистки, Скон, мг/л Степень очистки, Б, %

1 138,7 44,5

2 237,5 5,0

3 75,1 69,9

4 131,1 47,5

5 168,0 32,8

6 230,0 7,9

7 126,5 49,3

8 165,0 34,0

9 130,7 47,7

Выводы

1. Исследована сорбционная способность шелухи риса и гречихи и продуктов их переработки по отношению к растворенным и эмульгированным нефтепродуктам и показана ее зависимость от способа подготовки сорбента.

2. Установлено, что сорбционная емкость полученных сорбентов по отношению к эмульгированным нефтепродуктам невелика и составляет 12,3-43,6%, достигая наибольшего значения для рисовой шелухи.

3. Показано, что максимальной степенью очистки растворов, равной 69,9%, от растворимых нефтепродуктов обладает сорбент на основе шелухи гречихи после ее обработки оксалатом аммония.

Авторы выражают благодарность С.Ю. Братской за внимание к работе.

Список литературы

1. Земнухова Л.А., Сергиенко В.И., Давидович Р. Л. и др. Получение ксилита и аморфного диоксида кремния из рисовой шелухи // Вестник ДВО РАН. 1996. №3. С. 82-85.

2. Сергиенко В.И., Земнухова Л.А., Егоров А.Г., Шкорина Е.Д., Василюк Н.С. Возобновляемые источники химического сырья: комплексная переработка отходов производства риса и гречихи // Российский химический журнал (Журнал Российского химич. об-ва им. Д.И. Менделеева). 2004. Т. 48. №3. С. 116-124.

3. Земнухова Л.А., Федорищева Г .А., Егоров А.Г., Сергиенко В.И. Исследование условий получения, состава примесей и свойств аморфного диоксида кремния из отходов производства риса // Журнал прикладной химии. 2005. Т. 78. №2. С. 324-328.

4. Земнухова Л.А., Шкорина Е. Д., Федорищева Г.А. Исследование состава неорганических компонентов шелухи и соломы гречихи // Журнал прикладной химии. 2005. Т. 78. №2. С. 329-333.

5. Земнухова Л.А., Томшич С.В., Шкорина Е.Д., Клыков А.Г. Полисахариды из отходов производства гречихи // Журнал прикладной химии. 2004. Т. 7. №7. С. 1192-1196.

6. Земнухова Л.А., Томшич С.В., Мамонтова В.А. и др. Исследование состава и свойства полисахаридов из рисовой шелухи // Журнал прикладной химии. 2004. Т. 77. №11. С. 1901-1904.

7. Юдаков А.А., Ксеник Т.В., Филиппова И.А. и др. Алюмосиликатный сорбент для очистки высокотемпературных сточных вод от органических загрязнителей // Экология и промышленность России. 2004. Авг. С. 40-42.

Поступило в редакцию 24 мая 2005 г.