сорбент для обеззараживания проливов ракетного топлива

Формула изобретения

Сорбент для обеззараживания проливов ракетного топлива, содержащий карбоксильные группы в составе органического катионита, отличающийся тем, что в качестве носителя карбоксильных групп применен гидролизный лигнин степенью влажности 0-30% с размерами частиц 1-2 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для обезвреживания мест аварийных проливов высокотоксичного ракетного топлива путем обработки загрязненных поверхностей сорбентом.

Загрязнение окружающей среды компонентами жидких ракетных топлив, в частности несимметричным диметилгидразином и его производными, представляет собой серьезную экологическую проблему в связи с чрезвычайной токсичностью и высокой летучестью данных соединений. Ликвидация последствий загрязнений, возникающих при аварийных разливах ракетного топлива, является весьма сложной задачей, требующей больших финансовых затрат. В данной ситуации необходимо принятие безотлагательных и быстрых мер по ликвидации разливов ракетного топлива.

Известен сорбент для локализации и нейтрализации поверхностей от токсичных химических веществ и способ его получения. Сорбент включает торф и дополнительно содержит соли фосфорной и щавелевой кислот переходных металлов: Co, Ni, Mn, Mo, Fe и ферриты данных переходных металлов [Патент РФ 2201285, МПК B01J 20/24, 2003 год].

Однако этот сорбент обладает высокой емкостью, кроме того внесение добавок ионов переходных металлов ускоряет деструкцию несимметричного диметилгидразина (НДМГ) и его производных, резко снижает количество наиболее токсичного производного - нитрозодиметиламина.

Известен способ обезвреживания технологических проливов жидкостей, содержащих 1,1 - диметилгидразин, включающий нейтрализацию 1,1 диметилгидразина углеродсодержащим соединением, где в качестве углеродсодержащего соединения используют шунгитовый материал, полученный из шунгитовых пород III разновидности с массовым содержанием углерода от 25 до 35% с дисперсностью от 0,5 до 5,0 мм, который насыпают слоем толщиной 10-25 см на поверхность площадки, где предполагаются технологические проливы [Патент РФ 2253520, МПК B09C 1/08, F62D 3/00, 2005 год].

Известен состав и способ обезвреживания грунта от проливов токсичных органических веществ с применением этого состава [Патент РФ 2397791, МПК A62D 3/00, B09C 1/08, 2010 год]. Состав на основе пероксидов щелочных или щелочноземельных металлов для обезвреживания грунта от проливов токсичных органических веществ представляет собой смесь пероксидов щелочных или щелочноземельных металлов с углеродсодержащим сорбентом-катализатором, представляющим собой искусственные либо ископаемые углеродсодержащие материалы с удельной поверхностью не менее 5 м²/г, при этом массовая доля углеродсодержащего сорбента-катализатора составляет 1-99%. Технический результат достигается за счет увеличения скорости обезвреживания грунта за счет эффективного окисления токсичных органических веществ на местах их разлива, а также исключения образования побочных токсических продуктов.

Однако данный метод не обеспечивает очистку грунта до уровня санитарно-гигиенических нормативов (не более 0,1 мг/кг).

Общим недостатком перечисленных выше способов является сравнительно низкая скорость обезвреживания токсичных загрязнений. Кроме того они являются довольно трудоемкими и требуют больших экономических затрат.

Известен сорбент для выделения или разделения аммиака и его производных и способ его получения. Сорбент выполнен на основе органического катеонита в форме натриево-кальциевой соли при содержании кальция не более 1,7 ммоль/г катеонита и содержащего карбоксильные или сульфогруппы в форме соли металла [Патент РФ 2061542, МПК B01J 20/24, C08F 212/14, C08F 8/44, C08F 212/14, C08F212:36 1996 год]. Данное изобретение принято за прототип. Технический результат данного изобретения достигается за счет повышения эффективности детоксикации мест аварийных проливов НДМГ.

Недостатком всех вышеперечисленных сорбентов является высокая стоимость их получения по сравнению с заявляемым, который является многотоннажным отходом гидролизной промышленности.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение вышеперечисленных недостатков.

Это достигается тем, что в сорбенте, содержащем карбоксильные группы в составе органического катионита, в качестве носителя карбоксильных групп используется гидролизный лигнин степенью влажности от 0 до 30% и с размером частиц от 1 до 2 мм.

Обезвреживание поверхности, загрязненной НДМГ, осуществляют с помощью гидролизного лигнина, используемого в качестве сорбента НДМГ. Гидролизный лигнин с высокой скоростью поглощает НДМГ, при этом происходит прочное связывание НДМГ за счет химических взаимодействий между функциональными группами лигнина (главным образом карбоксильными и карбонильными) и 1,1-диметилгидразином. Используя избыток гидролизного лигнина, можно добиться практически полного связывания НДМГ. Расход сорбента по отношению к НДМГ выбран на основании многочисленных экспериментов и составляет 70:1 в воздушно-сухом состоянии (влажность 9-10%) и 84:1 во влажном состоянии (влажность 30%).

Достаточно эффективное связывание НДМГ достигается при использовании в качестве сорбента гидролизного лигнина повышенной влажности.

Приготовляют сорбент следующим образом.

Гидролизный лигнин берут из отвала гидролизного производства и просеивают через сито диаметром 1-2 мм, затем его доводят водой до 30% влажности.

Пролив токсичного ракетного топлива засыпается полученным сорбентом из расчета 84 килограмма сорбента на 1 килограмм пролитого топлива.

В случае выполнения указанных действий концентрация НДМГ в воздушной среде не превысит ПДК для рабочей зоны через 5 часов. Сорбент работоспособен в диапазоне температур от -30 до +30°C и атмосферном давлении.

Предварительно увлажненный до 30% гидролизный лигнин наносят на поверхность, загрязненную несимметричным диметилгидразином. Необходимое количество сорбента рассчитывается исходя из предполагаемого количества загрязнителя по следующему соотношению: на 1 кг НДМГ используют 84 килограмма гидролизного лигнина, содержащего 20% воды по отношению к массе лигнина в воздушно-сухом состоянии.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Холостой опыт

В виалу на 20 мл вносили 120 мкл воды и 12,5 мкл (8,5 мг) НДМГ. Герметично запечатывали виалу крышкой с септой силикон-тефлон и определяли содержание НДМГ в газовой фазе: отбирали пробу объемом 50 мкл в газоплотный шприц путем прокалывания септы и анализировали на содержание НДМГ методом газовой хромато-масс-спектрометрии. Концентрация НДМГ составила 666 мг/м³.

В результате аналогичного эксперимента в отсутствие воды концентрация НДМГ составила 420000 мг/м³.

Пример 2

Навеску лигнина массой 0,6 г помещали в виалу на 20 мл, смачивали водой до влажности 30% (при данном значении влажности лигнин сохраняет порошкообразную форму, дальнейшее увеличение влажности приводит к трудностям при эксплуатации сорбента), и затем вносили НДМГ. Среднее содержание НДМГ составляло 14 мг/г лигнина. Температура окружающего воздуха 20-25°C. Перемешивали содержимое виалы и определяли содержание НДМГ в паровой фазе над сорбентом методом газовой хромато-масс-спектрометрии. Концентрация 1,1 -диметилгидразина сразу же после внесения составила 3,7 мг/м ³, что составляет 0.55% от начального содержания НДМГ (по результатам холостого опыта в присутствии воды).

Пример 3

После выдержки в течение 30 минут той же пробы, при тех же условиях, описанных в примере 2, содержание НДМГ упало до 1,9 мг/м³. Еще через 30 минут концентрация НДМГ составляла 0,12 мг/м³. После выдержки в течение 5 часов после внесения, концентрация НДМГ достигла уровня, не превышающего ПДК в воздухе рабочей зоны, и составляла 0,076 мг/м ³. После 24-часовой выдержки пробы в тех же условиях остаточных количеств НДМГ в газовой фазе над лигнином не обнаружено.

Пример 4

Сравнительный пример

Эксперимент проводился аналогично описанным в примерах 2, 3 и отличается от вышеуказанных тем, что в качестве сорбента НДМГ использовался гидролизный лигнин в воздушно-сухом состоянии.

Гидролизный лигнин влажностью 9,3% со средним содержанием НДМГ 14 мг/г лигнина выдерживали в течение 24 часов, анализируя на содержание НДМГ в паровой фазе над сорбентом в различные промежутки времени.

Содержание НДМГ сразу же после внесения составило 7174 мг/м³, что составляет 1,7% от начального содержания НДМГ (по результатам холостого опыта в отсутствие воды). Еще через 30 минут концентрация НДМГ упала до 75,9 мг/м ³, через час после внесения - до 32,8 мг/м³, а после 5-часовой выдержки составила 7,0 мг/м³. Через 24 часа после внесения остаточных количеств НДМГ не обнаружено.

Применение заявляемого сорбента позволит осуществить локализацию токсичных ракетных топлив в местах их проливов и снижение концентрации паров НДМГ в воздушном пространстве до уровня ПДК в воздухе рабочей зоны (не более 0,1 мг/м³ ) за счет быстрого и прочного связывания НДМГ сорбентом без образования побочных токсических продуктов, а также утилизировать многотоннажные отходы гидролизной промышленности, посредством использования лигнина в качестве сорбента ракетного топлива.