Ученые разработали экологически безопасный реагент для удаления нефтяных разливов в условиях Арктики. За основу авторы взяли фосфолипиды — молекулы, из которых состоят оболочки всех живых клеток, — и спирт изобутанол. В эксперименте предложенный состав позволил всего за минуту уменьшить площадь нефтяного пятна на 89–93% как при комнатной температуре (22 °С), так и при пониженных (0 °С и 7 °С). Благодаря этому новый реагент может стать эффективным средством очистки арктических морей от нефтяных разливов. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Marine Pollution Bulletin.
В арктических морях активно осваиваются месторождения нефти, при этом деятельность по добыче и транспортировке этого сырья связана с риском нефтяных разливов. Нефтяные пятна могут нанести значительный вред и так чувствительным к человеческой деятельности водным экосистемам. Это связано с тем, что нефть оказывает токсический эффект на рыб и других морских обитателей, а также ухудшает поступление кислорода в воду. Поэтому для Арктического региона особенно актуальны технологии очистки морей от нефтяных разливов.
Ученые из Российского государственного университета нефти и газа (национального исследовательского университета) имени И. М. Губкина (Москва), Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» (Красноярск), Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева РАН (Москва) и Института общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова РАН (Москва) разработали экологически чистые реагенты — собиратели нефти и нефтепродуктов, которые сокращают площадь разливов, стягивая тонкую нефтяную пленку на воде до толщины, при которой ее можно собрать специальными устройствами — скиммерами — или сжечь.
Готовый реагент состоит из фосфолипидов, выделенных из измельченных соевых бобов — дешевого и доступного сырья, — и изобутилогового спирта. Фосфолипиды — соединения, из которых состоят оболочки (мембраны) любых живых клеток. Полученный реагент легко разлагается в окружающей среде, а потому не приводит к ее загрязнению.
Авторы смоделировали нефтяной разлив, вылив образец нефти в контейнер с водой комнатной температуры (около 22 °С) и охлажденной до 0 °С и 7 °С. После того как нефтяные пятна растеклись по поверхности воды, исследователи нанесли на воду синтезированный реагент.
Эксперимент показал, что уже в течение одной минуты после нанесения реагент уменьшил площадь нефтяного пятна на 93% при комнатной температуре и на 89% при охлаждении. При этом толщина нефтяной пленки за счет ее сжатия в более плотный слой увеличилась в 1,6–2,6 раза (с 0,1 до 1,6–2,6 миллиметра). При такой толщине нефтяной пленки ее уже можно удалить с поверхности воды нефтесборной техникой или, не извлекая, сжечь на месте разлива. Поэтому реагенты, способные увеличить толщину пленки до 1 миллиметра и более, считаются эффективными. Когда ограничить распространение нефтяного пятна плавучими боновыми заграждениями невозможно, единственный способ увеличить толщину нефтяной пленки — применение реагентов — собирателей нефти.
Кроме того, авторы впервые изучили методами магнитно-резонансной томографии (МРТ) и ядерного магнитного резонанса (ЯМР), как реагент влияет на взаимодействие нефти с водой и образование льда в месте разлива. Эти подходы позволили определить, что присутствие реагента — собирателя нефти меняет внутреннюю структуру и текстуру поверхности льда под нефтяным пятном, а также его теплофизические свойства.
Так, в образцах воды с нефтью, но без реагента в процессе замерзания образовалось характерное «бутылочное горлышко». Это ситуация, когда по мере превращения воды в лед еще не замерзшая вода выдавливается образующимися кристаллами льда в направлении движения фронта замерзания. При использовании реагента структура льда оказалась иной из-за того, что вытесняемая вода не «выдавливалась», а замерзала внутри поликристаллической структуры льда. Понимать, как реагенты влияют на замерзание и оттаивание нефти и воды, важно, поскольку эти процессы играют значительную роль в балансе солености, циркуляции воды в океане, экологии морских обитателей, отражении солнечного света, тепло- и массообмене в атмосфере.
«По эффективности наш реагент превосходит большинство известных соединений для удаления разливов нефти, при этом имеет важное преимущество — он экологичен, поскольку относится к быстроразлагаемым реагентам. В дальнейшем мы планируем протестировать новый состав для удаления нефтяных пятен в природных условиях, чтобы учесть все имеющиеся в естественной среде факторы, например ветер и течения», — рассказывает руководительница проекта, поддержанного грантом РНФ, Делгир Санджиева, кандидат химических наук, старший научный сотрудник ИНХС РАН, доцент кафедры общей и прикладной химии РГУ нефти и газа (НИУ) имени Губкина.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
