Блог

Feb 18, 2024

Пшеничная шелуха

Scientific Reports Volume 13, Номер статьи: 2575 (2023) Цитировать эту статью 1647 Доступов 4 Цитирований 1 Подробности Altmetric Metrics Разливы нефти представляют собой серьезную угрозу для морской экосистемы, которая

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 2575 (2023) Цитировать эту статью

1647 Доступов

4 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Разливы нефти представляют собой серьезную угрозу для морской экосистемы, требующую немедленного удаления из океанической среды. Для ликвидации разливов нефти было использовано множество технологий. Из них адсорбция добилась заметных успехов благодаря высокой эффективности, экономической целесообразности, экологичности и простоте применения. Использование сельскохозяйственных отходов для производства биосорбентов считается экологически чистым и эффективным подходом к удалению нефти. Таким образом, путем этерификации пшеничной соломы (Str) гидрофобной бензоильной группой был получен новый недорогой масляный адсорбент, полученный сополимер (Str-co-Benz) охарактеризован методами FTIR, TGA, DSC и SEM и использован при лабораторный масштаб. Процесс очистки разлива нефти проводился с использованием системы сырая нефть-природная морская вода при различных условиях адсорбции, таких как концентрация нефти, доза адсорбента, время и скорость перемешивания. Были проведены равновесные исследования с целью определения способности полученных материалов к адсорбции сырой нефти. Для описания экспериментальных изотерм использованы модели адсорбции Ленгмюра и Фрейндлиха. Надежность данных была проверена и оценена с помощью программы методологии поверхности отклика. Результаты показали, что адсорбция масла подчиняется кинетической модели псевдовторого порядка и хорошо согласуется с моделью Ленгмюра с максимальной адсорбционной способностью 10,989 и 12,786 г/г для Str и (Str-co-Benz) соответственно. В целом, модифицированная пшеничная шелуха является эффективной платформой для удаления нефти из морских экосистем благодаря низкой стоимости, биоразлагаемости, простоте синтеза и быстрому удалению. Более того, полученное твердое вещество можно использовать в качестве топлива в некоторых промышленных процессах, таких как паровые котлы и печи для сжигания кирпича.

Загрязнение окружающей среды является одной из основных проблем, которая приобрела большое значение за последние несколько десятилетий и связана с проблемами здравоохранения, включая распространение различных заболеваний, таких как брюшной тиф, холера, рак и астма1. Антропогенная деятельность привела к загрязнению окружающей среды во всех средах (воздухе, воде и почве). По оценкам, 24% глобального бремени болезней и 23% смертей обусловлены факторами окружающей среды2. Загрязнители окружающей среды можно разделить на физические, биологические и химические (неорганические и органические)3. Физическое загрязнение, такое как радиация, может вызвать врожденные дефекты, ожоги, некоторые виды лейкемии, выкидыши, опухоли, рак одного или нескольких органов и проблемы с фертильностью4. Вирусы, бактерии и/или несколько форм патогенов представляют собой биологические загрязнители, тогда как неорганические загрязнители связаны с потенциально токсичными элементами, такими как ртуть, свинец и кадмий. К органическим загрязнителям относятся бытовые, сельскохозяйственные и промышленные отходы, наносящие вред жизни и здоровью животных и человека5. Нефть является наиболее доминирующим источником энергии, а также важным источником сырья для синтетических полимеров и химикатов во всем мире6. Разливы нефти являются одной из наиболее катастрофических экологических проблем, которые негативно влияют на всю экосистему и наносят ущерб экономике стран7. Более 100 миллионов тонн нефти в день перевозится по морю, при этом более 4000 танкеров дедвейтом более 400 миллионов тонн находятся в открытом море, что подвергает морскую жизнь и экосистему серьезному риску8. Из-за стихийных бедствий, столкновений нефтяных танкеров, взрывов/пожаров, повреждений корпуса или посадки на мель, аварий трубопроводов, неполадок резервуаров для хранения, обрушений скважин и военных разливов нефти в морской воде или на суше9. Тип нефти, морские условия и погода, время года, продолжительность и количество разлитой нефти, физические, экономические и биологические характеристики места разлива, размер площади распространения нефти и эффективность очистки входят в число различных параметров, определяющих сколько будет стоить разлив нефти и его ликвидация10. Нефть может серьезно повлиять на все живые организмы, ограничивая количество кислорода, достигаемого с поверхности, и присутствие высокотоксичных компонентов. Более того, нефтяные загрязнители могут напрямую загрязнять источники питания человека, лишать животных и растения здоровой пищи, влиять на пищевую цепочку и тратить энергетические ресурсы11. Поэтому разработка новых материалов для быстрого и эффективного устранения разливов нефти является обязательной для предотвращения негативного воздействия на экосистемы и здоровье человека. В связи с этим для ликвидации разливов нефти используются различные технологии, в том числе традиционные физические, механические (скиммеры, сорбенты и боны), химические (диспергаторы и отвердители), термические и биоремедиационные методы12. Однако такие методы страдают от низкой эффективности разделения, высокой стоимости, низкой устойчивости к сильным ветрам и течениям, длительного времени, изменения водных растений и животных и образования вторичных загрязнителей11. Адсорбция является одним из наиболее эффективных методов борьбы с разливами нефти благодаря своей высокой эффективности, низкой стоимости, простоте, простоте, быстроте эксплуатации, сохранению в течение длительного времени и возможности повторного использования13. Многие химически синтетические сорбенты, такие как меламиновые губки, полиэтилен и полипропилен, использовались из-за их высокой сорбционной эффективности, однако высокая стоимость, сложность синтетических процессов и небиоразлагаемость являются недостатками, препятствующими их устойчивому применению14. Таким образом, поиск новых экономичных, экологически чистых сорбентов гидрофобной/олеофильной природы, пригодных для вторичной переработки, имеет большое значение при ликвидации разливов нефти. Освобождение окружающей среды от нефтяных загрязнителей с использованием целлюлозных отходов, например, рисовой шелухи, жмыха сахарного тростника и бумажных отходов, экологически чистым и экономически эффективным способом привлекло значительное внимание в последние годы. Эти сорбенты могут использоваться как в полученном виде, так и в форме листов, бонов, подушек, фильтров и волоконных сборок15. Многочисленные преимущества целлюлозных отходов (биоразлагаемость, низкая плотность, возобновляемость, низкая стоимость и нетоксичность) усилили тенденцию к использованию вместо синтетических волокон в окружающей среде и промышленном развитии16. Более того, образующиеся твердые отходы можно использовать в различных целях, например, в качестве топлива в некоторых промышленных процессах, таких как паровые котлы и печи для сжигания кирпича. Различные методы (химические, физические и функциональные украшения наночастицами) используются для модификации поверхности волокон, улучшения огнестойкости, адгезии и гидрофобных свойств, а также превращения недорогих волокон в дорогой материал17. Физическая модификация заключается в механическом прессовании или измельчении и термическом связывании, которые не влияют на улучшение гидрофобности природного сорбента. Кроме того, декорирование наночастицами страдает от низкой производительности и сложного процесса подготовки7. Химическая модификация проводилась посредством алкилирования, гидроксиметилирования, этерификации, ацилирования и других химических реакций для удаления слабых компонентов (гемицеллюлозы и лигнина) и, следовательно, улучшения как механических, так и адсорбционных характеристик16. Этерификация путем прививки полимера на поверхность природного адсорбента является очень простым и кратковременным подходом к повышению способности адсорбции нефти7. Насколько нам известно, использование бензоилхлорида для модификации пшеничной соломы не принято. Таким образом, основной целью настоящего исследования было создание новых экологически чистых гидрофобных адсорбирующих материалов на основе целлюлозных отходов путем этерификации путем прививки пшеничной соломы бензоилхлоридом для повышения сродства к сырым маслам. Приготовленный сорбент охарактеризован и применен для удаления разливов нефти из системы нефть/морская вода. Результаты этого исследования могут помочь лицам, принимающим решения, разработать долгосрочную стратегию по защите окружающей среды от дальнейшего ухудшения и достижения ее восстановления и устойчивости.