Ученые СПбГУ разработали полимер, способный впитывать нефть из воды
Химики Передовой инженерной школы Санкт-Петербургского государственного университета создали материал, который очистит водную среду от нефтепродуктов.
Загрязнение воды нефтепродуктами опасно для живых существ. По данным Министерства природных ресурсов и экологии РФ, ежегодно в стране происходит около 10 тысяч разливов на промысловых нефтепроводах. Подобные экологические катастрофы случаются по разным причинам: в результате аварии и столкновения кораблей, из‑за сброса сточных вод или намеренного вливания нефтепродуктов. Визуально присутствие загрязняющего вещества можно определить по тонкой цветной пленке на поверхности, но оно может находиться и в толще жидкости.
Такое загрязнение приводит к ухудшению свойств воды — ее вкуса, цвета, запаха. Помимо этого нефтяная пленка ухудшает тепло- и воздухообмен, а прямой контакт с нефтяными продуктами может стать причиной гибели рыб, птиц и животных.
Главная задача после утечки — остановить ее распространение. Для этого применяют методы механического ограничения и последующего сбора нефтепродуктов. Однако они становятся неэффективны, когда загрязняющие материалы смешиваются с водой. Затем начинается процесс по очистке водоема. Для решения этой проблемы используют различные способы химического и биологического воздействия. Еще один выход — использовать сорбенты. Они могут впитывать нефтепродукты и удерживать их.
Предложенный полимер напоминает белый нетканый материал синтетического происхождения. Удерживающий нефть сорбент и сам изготовлен на основе нефтепродуктов. Он представляет собой гибкую пленку, составленную из большого количества волокон толщиной меньше микрона, которые формируют губкообразную структуру.
Чтобы запустить процесс впитывания, полимер нужно разместить на нефтяном пятне. Со временем края белого сорбента начнут темнеть под действием собираемой нефти. Затем он полностью почернеет, сигнализируя о завершении процесса.
«Мы проверяли его действенность на нефти и на различных фракциях нефтепродуктов. Сорбция достаточно высокая. Для моторного масла — 40 грамм масла на грамм материала. А для сырой нефти — 20 грамм на грамм», — рассказала ведущий специалист сектора «Умные экотехнологии» Передовой инженерной школы СПбГУ Анастасия Носова.
Сорбент тестировали и в условиях, приближенных к реальным. Для этого химики опускали температуру соленой воды до 4 ℃ и использовали приборы, которые имитируют вращение жидкости и волну. Эксперименты доказали, что материал невозможно утопить. Он гидрофобный, поэтому остается плавать на поверхности даже в дождь или при сильном волнении. Кроме того, несмотря на небольшую толщину и вес, полимер обладает хорошей прочностью и эластичностью, что позволяет использовать его в сложных погодных условиях.
Химики отметили среди достоинств разработанного сорбента также низкую стоимость исходных материалов и возможность вторичного использования. Когда полимер вбирает в себя нефть, его можно в короткие сроки отжать и отмыть, а затем вновь разместить на водоеме. По словам ученых, за пять циклов очистки сорбционная емкость материала падает на 15−20%. Более того, извлеченная нефть также в дальнейшем может быть использована.
Сорбент подходит для сбора нефтепродуктов и на поверхности, и в толще воды. Как отмечают исследователи, если нефтепродукт находится на поверхности, то полимер размером до двух метров необходимо опустить на воду. А если стоит задача сорбировать нефть из глубины, то один конец разработанного материала нужно утяжелить и затем разместить полимер вертикально — тогда он будет напоминать поплавок. Его нижняя часть будет фильтровать воду.
В будущем подобный сорбент может стать одним из средств борьбы с экологическими катастрофами. Сейчас ученые занимаются исследованиями вариантов его применения. В дальнейшем химики планируют изучить возможность создания полимера на основе материалов биологического происхождения.
