МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Московский технологический университет Институт тонких химических технологий

Допущен(а) к защите Заведующий кафедрой аналитической химии имени Алимарина И.П. А.А. Ищенко

Винникова Алена Игоревна

Создание модельных систем для испытания фильтр-сепараторов стабилизированных эмульсий типа «масло в воде»

Выпускная квалификационная работа бакалавра

по направлению 04.03.01 «Химия»

Руководитель (научный)		доктор химических наук, доцент Зайцев Н.К.
Консультант		кандидат химических наук, Колотилкин А.С.

МОСКВА 2016

Электронная версия ВКР передана на выпускающую кафедру (дата, подпись)

Оглавление

Введение 3

1. Обзор литературы 8

1.1. Общие сведения об эмульсиях 8

1.2. Эмульсия «масло в воде» 10

2. Эксперимент 13

2.1. Используемые вещества, оборудование и вспомогательные материалы 13

2.1.1. Используемые вещества 13

2.1.2. Оборудование и вспомогательные материалы 17

2.2. Исследование влияния состава на устойчивость эмульсии 24

2.3. Исследование зависимости устойчивости эмульсии от температуры 25

2.4. Измерение размера частиц эмульсии 28

2.5. Исследования зависимости стабильности эмульсии от вида топлива 29

Выводы 31

Список литературы 32

Введение

Непрерывное развитие промышленности, связанное со стремлением человечества к повышению уровня жизни, имеет обратной стороной столь же непрерывное и все более сильное загрязнение окружающей среды ее отходами. Среди основных источников загрязнений можно назвать загрязнение природы сточными водами промышленных предприятий, коммунально-бытовыми стоками, различными удобрениями, ядохимикатами и другими веществами, используемыми в сельском хозяйстве, загрязнение почв тяжелыми металлами, бактериальное и радиационное загрязнение. Но, пожалуй, наиболее существенным является загрязнение окружающей среды нефтью и различными продуктами ее переработки.

Постоянное увеличение добычи, переработки и потребления нефти привело к загрязнению обширных территорий. Но самым пагубным является то, что нефтяные загрязнения попадают в воду и делают ее непригодной как для питья, так и для жизни, что приводит к постепенному, но достаточно быстрому разрушению экосистемы планеты. На рисунке 1 приведены районы нефтяного загрязнения мирового океана. Но не менее серьезной проблемой является загрязнение нефтью и нефтепродуктами источников питьевой воды, а ведь в последние десятилетия запасы питьевой воды и так непрерывно сокращаются.

Рисунок 1. Районы нефтяного загрязнения мирового океана [1]

Именно поэтому проблема очистки воды от нефти нефтепродуктов стоит очень остро. Согласно ГОСТ Р 51858-2002 «Нефть», предельно допустимая концентрация (ПДК) нефти в воде объектов культурно-бытового пользования и хозяйственно-питьевого назначения для нефти классов 3, 4 должны быть не более 0,1 мг/дм³, а для нефти классов 1, 2 - не более 0,3 мг/дм³ [2]. В ГОСТ Р 51232-98 «Питьевая вода. Общие требования к организации и методам контроля качества» ПДК нефти и нефтепродуктов в питьевой воде не определены [3]. Однако требования к качеству питьевой воды определяются Российским СанПиН 2.1.4.10749-01 «Питьевая вода» Гигиенические требования к качеству воды» [4]. На международном уровне требования к качеству питьевой воды регламентируются директивой ЕС 98/83/ЕС «Качество питьевой воды, предназначенной для потребления человеком» [5], международными рекомендациями ВОЗ «Руководство по контролю качества питьевой воды 1992 г.» [6].

В таблице 1 приведены некоторые значения ПДК нефти, нефтепродуктов и использованных в настоящей работе веществ для питьевой воды по ГН 2.1.5.689-98 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования» [7].

Таблица 1. Некоторые значения ПДК нефти, нефтепродуктов и использованных в работе веществ для питьевой воды по ГН 2.1.5.689-98 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования» [7]

Наименование вещества	№ CAS	Величина ПДК, Мг/л	Лимитирующий показатель вредности	Класс опасности
Бензин	8032-32-4	0,1	Орг.запах	3
Неонол АФ 9.4	7311-27-5	0,3	Орг. пена	4
Неонол АФ 9.6	34166-38-6	0,3	Орг.пена	4
Неонол АФ9.12	131890-11-4	0,1	Орг.пена	4
Нефть	8002-05-9	0,3	Орг.пленка	4
Нефть многосернистая		0,1	Орг.пленка	4

Но из-за разливов нефти при добыче, не соблюдения правил транспортировки и других путей попадания нефти в воды, данные значения ПДК могут быть сильно превышены.

Нефть - природный ресурс, горючая, маслянистая жидкость, со специфическим запахом, состоящая в основном из углеводородов с разной молекулярной массой. Из-за своей природы, нефтяные капельки, попадая на поверхность воды, не растворяются, и не исчезают в объеме воды, а создают эмульсию или «пленку» на поверхности. Эти «пленки» и эмульсии снижают концентрацию растворенного в воде кислорода, приводя к омертвлению вод, что является экологической катастрофой. Есть и другие типы негативного воздействия нефтяных загрязнений воды – гибнущие обитатели рек, озер и морей – рыба, птицы, животные, гибнут растения. Появление нефтяной пленки на поверхности океана приводит к снижению испарения воды, нагреву ее массы и как следствие к значительным климатическим изменениям

Но мы остановимся на загрязнении вод, используемых для питьевых целей, что также является очень серьезной и постоянно усложняющейся экологической проблемой.

Современные методы очистки вод от нефтяных загрязнений подразделяются на механические, химические, физико-химические и биологические. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется источником и характером загрязнения, площадью загрязнения, количеством нефти и др.

На кафедре аналитической химии имени И.П. Алимарина Института тонких химических технологий накоплен значительный опыт использования микрогетерогенных систем в электроаналитической химии.

В частности, были разработаны методы определения тяжелых металлов в бензине без его сжигания путем превращения топлива в микроэмульсии с последующим инверсионным вольтамперометрическим определением свинца, кадмия и марганца.

В настоящий момент микрогетерогенные системы имеют все возрастающее применение в аналитической химии. Одно из важнейших направлений химического анализа микрогетерогенных систем связано с необходимостью переработки нефтяных отходов и устранения нефтяных загрязнений окружающей среды.

Предлагаемая нами концепция заключается в том, что бы такие системы разлагать и анализировать углеводородную часть методами химического анализа, ранее разработанными для углеводородов, а водную часть методами химического анализа, ранее разработанными для водных растворов. В связи с этим на кафедре разрабатываются методы разделения микрогетерогенных систем на углеводородную и водную составляющую. Для этого стояла задача создать модельную микрогетерогенную систему.

Целью настоящей работы является разработка стабильных модельных систем для последующего разделения на составляющие. Подобная модельная система может стать основой для разработки методики пробподготовки для анализа нефтяных отходов и природных водно-углеводородных систем.

Для достижения цели должны быть выполнены следующие задачи:

• Создание модельной микрогетерогенной системы типа «масло в воде»

• Проведение исследований соотношения компонентов для получения стабильной эмульсии первого типа.

• Исследование температурной зависимости эмульсий.

• Проведение исследований зависимости стабильности эмульсии от вида топлива.