Научный руководитель: канд. физ.-мат. наук А. Э. Соколов

Сибирский федеральный университет

 

Проблема техногенного загрязнения планеты является одной из самых важных в современном мире, в числе ведущих стоит загрязнение сточных вод продуктами нефтепереработки, так как потребности человека в нефти и ее производных увеличиваются с каждым днем.

Нефть, загрязняющая воду, представляет собой эмульсию вида нефть в воде. Асфальтены которые содержатся в составе нефти образуют на границе нефть – вода асфальтеновые оболочки и отличаются повышенной адсорбирующей способностью ферромагнитных наночастиц. Следовательно, магнитные наночастицы прилипают к эмульсии и этим обуславливается возможность управления ей с помощью внешнего магнитного поля.

В работе [2] было теоретически показано, что у частиц диаметром меньше 6 нм, магнитный момент становится невелик, а наночастица слабо реагирует на внешнее неоднородное магнитное поле, поэтому такие частицы не представляют дальнейшего интереса для изучения. Максимально эффективный состав суспензии достигается с использованием наночастиц с размером, варьирующимся в диапазоне 6 – 24 нм, при котором они не коагулируют и как следствие будут подходить для многократного использования.

Тепловое равновесия достигается практически мгновенно у наночастиц диаметром до 24 нм (таблица1), следовательно, они демонстрируют суперпарамагнитные свойства, поэтому наиболее подходящий размер наночастиц для магнетита варьируется в диапазоне 6 – 24 нм.

 

Таблица 1 – Зависимость времени релаксации от размера наночастицы [2]

Размер наночастицы (нм)	23	24	25	26	27
Время релаксации (с)	0,0054	0,0509	0,5850	8.3149	146.116

В данной работе магнитные наночастицы получались методом лазерной абляции, при облучении объёмного образца лазером Nd:YAG при λ=1064 nm, с дальнейшей стабилизацией поверхности наночастиц различным полимерным покрытием. Сравнение снимков показало, что метод лазерной абляции позволяет получать коллоидные растворы наночастиц магнетита с довольно широким распределением по размерам и легко осуществлять стабилизацию полученных наночастиц различными лигандами. При этом, физические свойства наночастиц очень сильно меняются в зависимости от метода их получения и использованного лигандного покрытия, предотвращающего агломерацию наночастиц в коллоидном растворе. Именно поэтому наночастицы полученные различными методиками нуждаются в доскональном изучении и паспортизацииНефть, смешанная с водой, делится на несколько фракций: легкая, средняя и тяжелая. Если с удаление тяжелой и легкой фракций не вызывает особых проблем, то очищение от средней вызывает очень серьёзные затруднения, так как нефть создает с водой коллоидный раствор где частицы нефти находятся во взвешенном состоянии между молекул воды. Также они не склонны к осаждению и их нельзя отделить от дисперсионной среды центрифугированием и фильтрованием. Поэтому для очистки данной фракции лучше использовать магнитные наночастицы. По результатам проведенных нами опытов, выяснилось, что обычные (не стабилизированные) наночастицы без каких-либо полимерных покрытий обладают не удовлетворяющей нас эффективностью. Наночастицы с покрытием из поливинилпирролидона, является более результативным так как их средний размер попадает в промежуток в которых наночастицы проявляют суперпарамагнитные свойства, также наночастицы покрытые данным поверхностно-активным веществом обладают более сильным эффектом адсорбции нефти, наночастицы покрытые оболочкой из полиэтиленгликоля не представляют интереса для дальнейшего изучения, так как не входят в необходимый промежуток при котором тепловое равновесие достигается мгновенно

Исследования, проводимые американскими коллегами [6], показали, что наночастицы покрытые NH_2-группами, способны более эффективно отчищать нефть от воды, и являются очень продуктивными так как один грамм магнитных наночастиц покрытых поверхностно-активными NH₂-группами, способны отчистить 149 грамм сырой нефти и обладают превосходной степенью очистки.

Использование наночастиц покрытых аммиачными группами дает большое преимущество перед раннее исследованными нами наночастицами покрытыми поливинилпирролидоном и полиэтиленгликолем, нанокомпозитный раствор с использованием покрытия действующего вещества аммиачными группами многократно усиливает как степень очистки, так и ее скорость. Использование наночастиц покрытых веществами, усиливающими их адсорбционные свойства может использоваться не только для очистки, но и для сдерживания нефти и ее локализации.

Список литературы

 

⇐ Предыдущая45464748495051525354Следующая ⇒

Поделиться: