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 Тамуна Бахия, соавтор работы, аспирант Химического факультета МГУ.

Работа поддержана грантом Министерства науки и высшего образования РФ (№075-15-2021-1353)

Ссылка:

Bakhiia, T.; Romanchuk, A.Y.; Maslakov, K.I.; Averin, A.A.; Kalmykov, S.N.
Use of Reduced Graphene Oxide to Modify Melamine and Polyurethane for the Removal of Organic and Oil Wastes
Energies 2022, 15, 7371
https://doi.org/10.3390/en15197371

Текст: Владислава Лаврова/пресс-служба химического факультета МГУ

Автор фото: Юлия Чернова/пресс-служба химического факультета МГУ