RU2483797C1 - Biohybrid material for sorption and degradation of oil and oil products - Google Patents
Biohybrid material for sorption and degradation of oil and oil products Download PDFInfo
- Publication number
- RU2483797C1 RU2483797C1 RU2011145698/10A RU2011145698A RU2483797C1 RU 2483797 C1 RU2483797 C1 RU 2483797C1 RU 2011145698/10 A RU2011145698/10 A RU 2011145698/10A RU 2011145698 A RU2011145698 A RU 2011145698A RU 2483797 C1 RU2483797 C1 RU 2483797C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oil
- sorbent
- products
- bacteria
- water
- Prior art date
Links
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Water Treatment By Sorption (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к биогибридному материалу на основе сорбентов нефти и нефтепродуктов и углеводородокисляющих культур микроорганизмов и может быть использовано при безотходной очистке от аварийных разливов нефти и нефтепродуктов природных и искусственных водоемов, сточных вод, жидких отходов производств, твердых поверхностей, а также в качестве превентивной меры. Указанный материал возможно использовать на всех объектах, связанных с добычей, транспортировкой (в том числе по подводным трубопроводам) и хранением нефти и нефтепродуктов.The invention relates to a biohybrid material based on sorbents of oil and oil products and hydrocarbon-oxidizing cultures of microorganisms and can be used in waste-free cleaning from emergency oil and oil products spills of natural and artificial reservoirs, waste water, liquid industrial waste, solid surfaces, and also as a preventive measure. The specified material can be used at all facilities associated with production, transportation (including through underwater pipelines) and storage of oil and oil products.
Аварийные разливы нефти в настоящее время представляют собой серьезную опасность, поскольку нефть и нефтепродукты являются высокотоксичными соединениями для живых организмов. Для достижения эффективной ликвидации последствий разливов нефти и нефтепродуктов необходимо комбинированное применение методов механической, физико-химической и микробиологической очистки. На первом этапе механически удаляют нефть с загрязненной поверхности. Однако полностью ее собрать, как правило, не удается. Благодаря использованию физико-химическх методов (например, ПАВ, сорбенты) достигается эффективное концентрирование оставшихся нефтепродуктов. Недостатком данных методов является сложность сбора насыщеннных нефтью порошковых сорбентов и необходимость их последующей утилизации. Микробиологические методы, основанные на применении препаратов, состоящих из ассоциаций различных микроорганизмов, возможно использовать только на последней («полировочной») стадии ликвидации нефтяных разливов. Таким образом, отдельное применение сорбентов или микроорганизмов-нефтедеструкторов не позволяет эффективно ликвидировать аварийные разливы нефти и нефтепродуктов.Oil spills are currently a serious hazard, since oil and oil products are highly toxic compounds for living organisms. To achieve effective response to the effects of oil and oil spills, the combined use of mechanical, physico-chemical and microbiological treatment methods is necessary. At the first stage, oil is mechanically removed from the contaminated surface. However, as a rule, it is not possible to fully assemble it. Thanks to the use of physical and chemical methods (for example, surfactants, sorbents), effective concentration of the remaining oil products is achieved. The disadvantage of these methods is the difficulty of collecting oil-saturated powder sorbents and the need for their subsequent disposal. Microbiological methods based on the use of drugs consisting of associations of various microorganisms can be used only at the last (“polishing”) stage of oil spill response. Thus, the separate use of sorbents or microorganisms-oil destructors does not allow to effectively eliminate accidental spills of oil and oil products.
Известен экобиопрепарат для очистки воды от нефтепродуктов (RU №2393215, 2005 г.). Биопрепарат представляет собой культуру клеток биодеструктора, искусственно иммобилизованную на сорбенте-носителе, содержащем полые сферические частицы, внутренняя полость которых заполнена, в основном, азотом и двуокисью углерода. В качестве биодеструктора нефтепродуктов используют штамм Pseudomonas fluorescens ВКПМ 6844.Known ecobiological product for water purification from petroleum products (RU No. 2393215, 2005). A biological product is a culture of biodestructor cells artificially immobilized on a sorbent carrier containing hollow spherical particles, the inner cavity of which is filled mainly with nitrogen and carbon dioxide. A strain of Pseudomonas fluorescens VKPM 6844 is used as a biodestructor of petroleum products.
Данный экобиопрепарат обладает высокой нефтепоглощающей способностью. Однако сложная технология получения экобиопрепарата, в том числе необходимость изготовления сферических частиц, последующее заполнение их газообразными веществами, приводит к высоким материальным затратам. Кроме того, несмотря на высокую плавучесть и сохранение этого свойства после сорбции нефтяной пленки с водной поверхности, указанному экобиопрепарату свойственна низкая степень утилизации значительной части тяжелых фракций нефти и нефтепродуктов, осевших на дно после аварийного разлива. Таким образом, данный способ очистки водной поверхности не является достаточно эффективным.This ecobiological product has a high oil absorption capacity. However, the sophisticated technology for producing an ecobiological product, including the need to manufacture spherical particles, their subsequent filling with gaseous substances, leads to high material costs. In addition, despite the high buoyancy and preservation of this property after sorption of the oil film from the water surface, the specified ecological product is characterized by a low degree of utilization of a significant part of the heavy fractions of oil and oil products that have settled to the bottom after an accidental spill. Thus, this method of cleaning the water surface is not sufficiently effective.
Известна сорбирующая система, состоящая из сорбента с высокой сорбционной емкостью (более 30 г сорбата на 1 г сорбента) и бактерий, способных к потреблению нефти (US №5492881, 1996).Known sorbent system consisting of a sorbent with a high sorption capacity (more than 30 g of sorbate per 1 g of sorbent) and bacteria capable of consuming oil (US No. 5492881, 1996).
Основным достоинством сорбента является его экологичность. Однако его порошкообразное и гранулированное структурные состояния приводят к сложностям сбора и в дальнейшем отжима сорбента. Кроме того, обязательным условием создания сорбента является его гидрофобизация (добавление воска, парафина и др.), что усложняет и делает более дорогостоящей технологию изготовления данной сорбирующей системы.The main advantage of the sorbent is its environmental friendliness. However, its powdery and granular structural states lead to difficulties in collecting and subsequently pressing the sorbent. In addition, hydrophobization (the addition of wax, paraffin, etc.) is a prerequisite for creating the sorbent, which complicates and makes the manufacturing technology of this sorbent system more expensive.
Известно инкапсулирование микробов внутри сшиваемого полимера (US №20090258051, 2009). При этом микробы инкапсулируют внутрь волокон сшиваемого полимера, который может быть как растворим, так и не растворим в воде.Encapsulation of microbes within a crosslinkable polymer is known (US No. 20090258051, 2009). In this case, microbes encapsulate inside the fibers of a crosslinkable polymer, which can be either soluble or insoluble in water.
Несмотря на большую поверхностную площадь полимерной мембраны (материала) вследствие ее высокой пористости общая бактериальная масса, инкапсулированная внутрь полимерных волокон, остается небольшой, так как внутри одного волокна в поперечнике может быть инкапсулирована только одна или не более десяти бактериальных клеток, что является недостаточным для осуществления эффективной биодеструкции углеводородов нефти.Despite the large surface area of the polymer membrane (material) due to its high porosity, the total bacterial mass encapsulated inside the polymer fibers remains small, since only one or not more than ten bacterial cells can be encapsulated inside one fiber across, which is insufficient for effective biodegradation of oil hydrocarbons.
Известен биопрепарат для очистки почвы и воды от нефти и нефтепродуктов, включающий аэробные нефтеокисляющие микроорганизмы, минеральный питательный субстрат, нормальные парафины от С12 до С18 и твердый субстрат носитель. При этом в качестве аэробных нефтеокисляющих микроорганизмов биопрепарат содержит ассоциацию бактерий, в качестве субстрата носителя - сферозолу и дополнительно содержит глюкозу (RU 2361686, 2007).Known biological product for cleaning soil and water from oil and oil products, including aerobic oil-oxidizing microorganisms, mineral nutrient substrate, normal paraffins from C 12 to C 18 and a solid substrate carrier. Moreover, as an aerobic oil-oxidizing microorganism, the biological product contains an association of bacteria, as a substrate of the carrier - spherozole and additionally contains glucose (RU 2361686, 2007).
Использование сферозолы в качестве сорбента-носителя предопределяет возможность сорбции нефти и нефтепродуктов только с поверхности воды, что значительно снижает эффективность действия указанного препарата особенно при очистке дна от тяжелых фракций нефти и нефтепродуктов, так как сферы действий биопрепарата и субстрата разобщены. При этом, как следствие, объем сорбируемого продукта недостаточно высок.The use of spherozole as a carrier sorbent determines the possibility of sorption of oil and oil products only from the surface of the water, which significantly reduces the effectiveness of the specified drug, especially when cleaning the bottom of heavy fractions of oil and oil products, since the areas of action of the biological product and the substrate are separated. Moreover, as a result, the volume of the sorbed product is not high enough.
Наиболее близким к изобретению является сорбент для биодеградации поверхностных и донных отложений нефтепродуктов (RU №2356856, 2007). Сорбент содержит основу для культивирования нефтеразрушающих микроорганизмов, сухую культуру нефтеразрушающих микроорганизмов и растворимые соли азота и фосфора. Указанный сорбент получают путем выдерживания основы, представляющей собой текстильное полотно из синтетического материала с разветвленной структурой типа синтепон, в питательном водном растворе, содержащем 0,3 кг аммофоса или диаммофоса и не более 2 кг сухой культуры нефтеразрушающих микроорганизмов в 1 м3 воды, в течение 15-24 ч, при температуре 25-30°С и обеспечении насыщения раствора кислородом.Closest to the invention is a sorbent for biodegradation of surface and bottom sediments of petroleum products (RU No. 2356856, 2007). The sorbent contains a base for the cultivation of oil-destructive microorganisms, a dry culture of oil-destructive microorganisms and soluble salts of nitrogen and phosphorus. The specified sorbent is obtained by keeping the base, which is a textile fabric of a synthetic material with a branched structure like sintepon, in a nutrient aqueous solution containing 0.3 kg of ammophos or diammophos and not more than 2 kg of a dry culture of oil-destroying microorganisms in 1 m 3 of water, for 15-24 hours, at a temperature of 25-30 ° C and ensuring the saturation of the solution with oxygen.
При этом, однако, выдерживание синтепоновой основы в водно-солевом растворе обеспечивает микроорганизмы питательными элементами лишь на начальном этапе культивирования. После извлечения сорбента из питательного раствора синтепоновая основа содержит только остаточные концентрации питательных веществ, что приводит к снижению активности микроорганизмов в сорбенте, и, как следствие, снижает процесс разложения углеводородов нефти бактериями.At the same time, however, keeping the synthetic winterizer in a water-salt solution provides microorganisms with nutrients only at the initial stage of cultivation. After extraction of the sorbent from the nutrient solution, the syntepon base contains only residual concentrations of nutrients, which leads to a decrease in the activity of microorganisms in the sorbent, and, as a result, reduces the process of decomposition of oil hydrocarbons by bacteria.
Кроме этого, активное размножение микроорганизмов приводит к увеличению их биомассы и, в дальнейшем, к утяжелению сорбента, что, в свою очередь, не позволяет сорбенту всплыть со дна, и, следовательно, биодеградация находящихся на поверхности воды более легких фракций нефти и нефтепродуктов происходит частично.In addition, the active multiplication of microorganisms leads to an increase in their biomass and, subsequently, to a heavier sorbent, which, in turn, does not allow the sorbent to float from the bottom, and, therefore, the biodegradation of lighter fractions of oil and oil products located on the water surface occurs partially .
Вышеописанные факторы обуславливают недостаточную эффективность известного сорбента.The above factors determine the lack of effectiveness of the known sorbent.
Задача изобретения заключается в получении эффективного универсального биогибридного материала для сорбции и деградации нефти и нефтепродуктов поверхностных и донных отложений, соответствующего всем требованиям, предъявляемым к нефтяным сорбентам, а именно таким, как высокие емкостные характеристики по отношению нефти и нефтепродуктам, плавучесть, высокие удерживающие способности, возможность многократного использования, высокая скорость и эффективность биодеградации углеводородов нефти, а также экологичность утилизации отработанного сорбента.The objective of the invention is to obtain an effective universal biohybrid material for sorption and degradation of oil and oil products of surface and bottom sediments that meets all the requirements for oil sorbents, namely, such as high capacitive characteristics in relation to oil and oil products, buoyancy, high holding capacity, reusability, high speed and efficiency of biodegradation of oil hydrocarbons, as well as environmental friendliness of waste this sorbent.
Поставленная задача достигается описываемым биогибридным материалом для сорбции и деградации нефти и нефтепродуктов поверхностных и донных отложений, представляющим собой сорбирующий композиционный материал, включающий внешние слои из полиэфирных волокон и промежуточный слой из полипропиленовых волокон, содержащие инкорпорированные фосфорсодержащие катиониты и/или азотсодержащие аниониты, клеточные стенки водных растений семейства Рясковые (Lemnaceae) и иммобилизованные клетки бактерий-нефтедеструкторов.The task is achieved by the described biogrid material for sorption and degradation of oil and oil products of surface and bottom sediments, which is a sorbent composite material comprising outer layers of polyester fibers and an intermediate layer of polypropylene fibers containing incorporated phosphorus-containing cation exchangers and / or nitrogen-containing anion exchangers, cell walls of aqueous plants of the family Ryaskovye (Lemnaceae) and immobilized cells of oil-degrading bacteria.
Технический результат заключается в повышении бактериальной клеточной загрузки биогибридного материала, что приводит к увеличению эффективности его применения за счет увеличения скорости и степени деструкции углеводородов нефти. В частности, при высоких емкостных характеристиках по отношению к нефти и нефтепродуктам (сорбционная емкость составляет не менее 25 г/г сорбента), плавучести (не менее суток), удерживающих способностей (не менее 5 минут), возможностей многократного использования (не менее 5 циклов регенерации с извлечением не менее 90% сорбата в первом цикле), степень бактериальной клеточной загрузки составляет не менее 150 мг/м2 сорбента.The technical result consists in increasing the bacterial cell loading of biogrid material, which leads to an increase in the efficiency of its use due to an increase in the rate and degree of destruction of oil hydrocarbons. In particular, with high capacitive characteristics with respect to oil and oil products (sorption capacity is at least 25 g / g sorbent), buoyancy (at least 24 hours), retention capabilities (at least 5 minutes), reusability (at least 5 cycles regeneration with the extraction of at least 90% of the sorbate in the first cycle), the degree of bacterial cell load is at least 150 mg / m 2 sorbent.
Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.
Для извлечения нефти и нефтепродуктов из водных сред описываемый биогибридный материал укладывают на поверхность нефтяной пленки, пленки нефтепродуктов или водно-органической эмульсии. В результате волнения водной среды сорбирующее полотно нетканого материала погружается в толщу эмульсии, где происходит избирательная адсорбция нефтяного субстрата - нефти, нефтепродуктов из смешанной среды как высокопористым межволоконным пространством, так и структурами дополнительной аккумуляции на полимерных волокнах нефтяного субстрата - клеточными стенками водных растений семейства Рясковых (Lemnaceae). Биодеградация нефти осуществляется бактериями-нефтедеструкторами как при контакте системы с водонефтяной эмульсией, так и в матрице-сорбенте, адсорбировавшей нефтепродукты. При этом биогибридный материал может быть помещен в любое соответствующее место для долгосрочного осуществления процесса биодеструкции нефти.To extract oil and oil products from aqueous media, the described bio-hybrid material is placed on the surface of an oil film, a film of oil products or an aqueous-organic emulsion. As a result of the excitement of the aquatic environment, the sorbent web of nonwoven material is immersed in the thickness of the emulsion, where the selective adsorption of the oil substrate — oil, oil products from the mixed medium — occurs as a highly porous interfiber space, and additional accumulation structures on the polymer fibers of the oil substrate — the cell walls of the Ryaskov family of aquatic plants ( Lemnaceae). Biodegradation of oil is carried out by the bacteria-oil destructors both in contact with the water-oil emulsion system and in the sorbent matrix adsorbing oil products. In this case, the biohybrid material can be placed in any appropriate place for the long-term implementation of the process of biodegradation of oil.
Получение полиэфирных и полипропиленовых волокон, содержащих инкорпорированные фосфоросодержащие катиониты и/или азотсодержащие аниониты, а также каркасы клеточных стенок водных растений семейства Рясковые (Lemnaceae), осуществляют методом аэродинамического формования. Исходное сырье в виде гранул расплавляют в плавильном устройстве, либо растворяют в растворителе, например диметилформамиде. Расплавленный полимер фильтруют для удаления примесей. К расплаву или раствору полимера добавляют каркасы клеточных стенок водных растений семейства Рясковые (Lemnaceae) и фосфоросодержащие катиониты и/или азотсодержащие аниониты и продавливают через фильерный комплект. В результате чего формируются волокна полимеров.The preparation of polyester and polypropylene fibers containing incorporated phosphorus-containing cation exchangers and / or nitrogen-containing anion exchangers, as well as cell wall frameworks of aquatic plants of the Ryaskovye family (Lemnaceae), is carried out by aerodynamic molding. The feedstock in the form of granules is melted in a melting device, or dissolved in a solvent, for example dimethylformamide. The molten polymer is filtered to remove impurities. Scaffolds of cell walls of aquatic plants of the Ryaskovye family (Lemnaceae) and phosphorus-containing cation exchangers and / or nitrogen-containing anion exchangers are added to the melt or polymer solution and forced through a spinneret kit. As a result, polymer fibers are formed.
Полиэфирные волокна формуют из расплавов полимеров, в частности, из расплава полиэтилентерефталата, полибутилентерефталата, поликарбоната, полиакрилата. Полипропиленовые волокна формуют из расплавов полимеров или сополимеров пропилена.Polyester fibers are formed from polymer melts, in particular from a melt of polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycarbonate, polyacrylate. Polypropylene fibers are formed from molten polymers or propylene copolymers.
Структуры дополнительной аккумуляции с высокой степенью компартментации биологической природы размером 30-300 мкм представляют собой целые каркасы клеточных стенок водных растений семейства Рясковые (Lemnaceae) (подсемейства рясковые (Lemnoideae), вольфиевые (Wolffioideae), сохраняющих клеточную структурированность после удаления протоплазмы. Процедура приготовления целых каркасов клеточных стенок водных растений семейства Рясковые (Lemnaceae) заключается в следующем. Собранную биомассу водных растений семейства Рясковые (Lemnaceae) промывают в проточной воде. Биомассу помещают в 40% раствор этилового спирта, нагретого до 50°С (в соотношении 1:2), и экстрагируют в течение 48 часов. После экстракции спирт удаляют. Далее процедуру повторяют, используя 70% раствор этилового спирта. После этого полученные клеточные стенки водных растений семейства Рясковые (Lemnaceae) высушивают. Инкорпорирование данных структур проводят в процессе получения полимерных волокон из растворов и расплавов методом аэродинамического формования. Размер ячеек полученных структур варьирует от 10 нм до 10 мкм. Количество указанных структур может составлять, например, 10-50% от веса композиционного материала. При этом ячейки меньшего размера, не являющиеся местом локализации бактериальных клеток вследствие своего недостаточного размера, служат для аккумуляции нефти и нефтепродуктов - питательного субстрата для бактерий.The additional accumulation structures with a high degree of compartmentalization of a biological nature of 30-300 microns in size are whole skeletons of the cell walls of aquatic plants of the Ryaskovye family (Lemnaceae) (duckweed subfamily (Lemnoideae), wolfian (Wolffioideae), which preserve cell structure after removal of protoplasm. The cell walls of aquatic plants of the Lemnaceae family are as follows: The collected biomass of aquatic plants of the Lemnaceae family is washed in running water e. Biomass is placed in a 40% solution of ethanol heated to 50 ° C (1: 2 ratio) and extracted for 48 hours. After extraction, the alcohol is removed. The procedure is then repeated using a 70% solution of ethanol. the cell walls of water plants of the Ryaskovye family (Lemnaceae) are dried in. The incorporation of these structures is carried out in the process of obtaining polymer fibers from solutions and melts by aerodynamic molding. The cell size of the resulting structures varies from 10 nm to 10 μm. The number of these structures can be, for example, 10-50% by weight of the composite material. At the same time, smaller cells, which are not the localization of bacterial cells due to their insufficient size, serve to accumulate oil and oil products - a nutrient substrate for bacteria.
В результате после завершения бактериями процесса биодеструкции углеводородов нефти достигается саморегенерация биогибридного материала. Данный процесс основан на способности микроорганизмов утилизировать углеводороды как при контакте биогибридного материала с водонефтяной эмульсией, так и в сорбенте, адсорбировавшем нефтепродукты, после разделения фаз. В результате исключается необходимость отделения нефти и нефтепродуктов от сорбента, а также последующая утилизация отработанных материалов.As a result, after the completion of the process of biodegradation of oil hydrocarbons by the bacteria, self-regeneration of the bio-hybrid material is achieved. This process is based on the ability of microorganisms to utilize hydrocarbons both upon contact of the biohybrid material with a water-oil emulsion, and in the sorbent that adsorbed oil products after phase separation. As a result, the need to separate oil and oil products from the sorbent, as well as the subsequent disposal of waste materials, is eliminated.
В сорбирующий композиционный материал (матрицу) иммобилизованы клетки бактерий-нефтедеструкторов, которые закреплены как на поверхности полимерных волокон диаметром 4-60 мкм (в меньшей степени), так и в ячейках структур биологической природы.Cells of bacteria-oil destructors are immobilized into the sorbing composite material (matrix), which are fixed both on the surface of polymer fibers with a diameter of 4-60 microns (to a lesser extent) and in cells of structures of a biological nature.
Иммобилизованные в сорбирующий композиционный материал (матрицу) клетки бактерий-нефтедеструкторов закреплены как на поверхности полимерных волокон диаметром 4-60 мкм (в меньшей степени), так и в ячейках структур биологической природы.Cells of oil-destructive bacteria immobilized into a sorbent composite material (matrix) are fixed both on the surface of polymer fibers with a diameter of 4-60 μm (to a lesser extent) and in cells of structures of a biological nature.
В качестве бактерий-нефтедеструкторов используют, например, р. Pseudomonas, p. Rhodococcus, p. Bacillus, облигатные нефтедеградирующие бактерии родов Alcanivorax, Marinobacter, Thallassdituus, Cycloclasticus, Oleispira.As bacteria, oil destructors use, for example, p. Pseudomonas, p. Rhodococcus, p. Bacillus, obligate oil-degrading bacteria of the genera Alcanivorax, Marinobacter, Thallassdituus, Cycloclasticus, Oleispira.
Данные микроорганизмы представляют собой биологическую составляющую биогибридного материала и могут быть использованы в количестве 50-150% от веса композиционного материала.These microorganisms are a biological component of the biogrid material and can be used in an amount of 50-150% by weight of the composite material.
Для обеспечения бактерий биогенными питательными элементами, такими как фосфор и азот, необходимыми для поддержания жизнедеятельности клеток, в структуру материала в процессе формования волокон вводят соответствующие катиониты и аниониты в порошкообразной форме.To provide bacteria with biogenic nutrients, such as phosphorus and nitrogen, necessary to maintain cell activity, the corresponding cation exchangers and anion exchangers are introduced into the structure of the material during fiber formation.
Используют фосфорсодержащие катиониты и/или азотсодержащие аниониты в количестве, например, 10-50% от веса композиционного материала. В качестве фосфоросодержащих катионитов используют полимеризационные фосфорнокислые катиониты, в частности КФ-2, СФ, а также среднекислотные пористые катиониты, в частности КРФ-2п. В качестве азотсодержащих анионитов используют слабоосновные поликонденсационные и полимеризационные аниониты, в частности АН-1, АН-31, ЭДЭ-10п.Use phosphorus-containing cation exchangers and / or nitrogen-containing anion exchangers in the amount of, for example, 10-50% by weight of the composite material. Polymerization phosphoric acid cation exchangers, in particular KF-2, SF, as well as medium acid porous cation exchangers, in particular KRF-2p, are used as phosphorus-containing cation exchangers. As nitrogen-containing anion exchangers, weakly basic polycondensation and polymerization anion exchangers are used, in particular, AN-1, AN-31, EDE-10p.
Возможно использовать материал с объемной плотностью 8-60 кг/м3, содержащий в своей структуре поры (межволоконное пространство) оптимального размера, позволяющие сорбенту не только насыщаться за минимально короткий срок, но и удерживать сорбируемый продукт. В результате сорбционная емкость матрицы составляет не менее 25 г нефти и нефтепродуктов.It is possible to use a material with a bulk density of 8-60 kg / m 3 , containing in its structure pores (interfiber space) of optimal size, allowing the sorbent not only to saturate in a minimum short time, but also to retain the sorbed product. As a result, the sorption capacity of the matrix is at least 25 g of oil and oil products.
Описываемый биогибридный материал обладает как высокими емкостными характеристиками по отношению к нефти и нефтепродуктам (материал позволяет собирать нефть и нефтепродукты в количестве, превышающем не менее чем в 25 раз собственный вес), так и высокой степенью бактериальной клеточной загрузки (не менее 150 мг/м2 сорбента).The described biohybrid material has both high capacitive characteristics with respect to oil and oil products (the material allows the collection of oil and oil products in an amount exceeding at least 25 times its own weight) and a high degree of bacterial cell loading (at least 150 mg / m 2 sorbent).
Биогибридный материал с указанным выше содержанием бактериальных клеток, питательных элементов и структур, благоприятствующих развитию бактерий, способен как к быстрой сорбции, так и к высокой деградации нефти и нефтепродуктов.Biohybrid material with the above-mentioned content of bacterial cells, nutrients and structures favoring the development of bacteria is capable of both rapid sorption and high degradation of oil and oil products.
Под термином «нефть и нефтепродукты» в рамках данной заявки понимают такие, в частности, продукты, как нефти различного происхождения, продукты ее первичной и вторичной переработки, как, например, топлива, горючесмазочные материалы, остаточные нефтепродукты, отходы нефтепереработки, углеводородное сырье.The term "oil and oil products" in the framework of this application is understood to mean, in particular, products such as oils of various origins, products of its primary and secondary processing, such as fuels, fuels and lubricants, residual oil products, oil refinery waste, hydrocarbon feedstocks.
Ниже приведены примеры, иллюстрирующие, но не ограничивающие применение изобретения.The following are examples illustrating but not limiting the application of the invention.
Пример 1.Example 1
Для сбора и деградации пленок нефти и нефтепродуктов с водной поверхности используют биогибридный материал, который состоит из сорбирующего композиционного материала - носителя, включающего внешние слои полиэфирных волокон и промежуточный слой из полипропиленовых волокон. Указанный композиционный материал содержит 10% инкорпорированных фосфорсодержащих катионитов (КРФ-2н) от веса композиционного материала, 20% структур целых каркасов клеточных стенок микроскопических водных растений Wolffia arrhiza (Вольфия бескорневая семейства Рясковые) от веса композиционного материала, 100% биологической составляющей биогибридного материала от веса матрицы. В качестве биологической составляющей используют бактерии р. Rhodococcus.For the collection and degradation of films of oil and oil products from the water surface, a biohybrid material is used, which consists of a sorbent composite material - a carrier, including the outer layers of polyester fibers and an intermediate layer of polypropylene fibers. The specified composite material contains 10% of incorporated phosphorus-containing cation exchangers (CRF-2n) by weight of the composite material, 20% of the structures of the whole skeleton of the cell walls of microscopic aquatic plants Wolffia arrhiza (Wolf root root family Raskovye) by weight of the composite material, 100% of the biological component of the biogrid material by weight matrices. Bacteria of the river are used as a biological component. Rhodococcus.
Указанный материал помещают на участок загрязненной акватории. Биогибридный материал, имеющий указанный состав, обладает сорбционной емкостью 25 г нефти (при плотности нефти 823 кг/м3) на грамм материала, плавучестью не менее трех суток. За это время происходит биодеградация сложных токсичных компонентов нефти бактериями биогибридного материала до более простых соединений (спиртов, альдегидов, кетонов, органических кислот), способных потребляться аборигенными микроорганизмами очищаемой среды.The specified material is placed on a site of contaminated water. A biohybrid material having the indicated composition has a sorption capacity of 25 g of oil (at an oil density of 823 kg / m 3 ) per gram of material, buoyancy of at least three days. During this time, biodegradation of complex toxic oil components by bacteria of biogibrid material takes place to simpler compounds (alcohols, aldehydes, ketones, organic acids) that can be consumed by indigenous microorganisms of the medium being cleaned.
Пример 2.Example 2
Для деградации нефти и нефтепродуктов при донных отложениях используют биогибридный материал, который состоит из сорбирующего композиционного материала, включающего внешние слои полиэфирных волокон и промежуточный слой из полипропиленовых волокон. Данный композиционный материал содержит 10% инкорпорированных фосфорсодержащих катионитов (КРФ-2н) от веса композиционного материала, 10% азотсодержащих анионитов (АН-1) от веса композиционного материала, 20% структур целых каркасов клеточных стенок микроскопических водных растений Wolffia arrhiza (Вольфия бескорневая, семейства Рясковые) от веса материала, 100% биологической составляющей биогибридного материала от веса матрицы. В качестве биологической составляющей используют ассоциацию нефтеокисляющих организмов родов: Pseudomonas, Rhodococcus, Bacillus.For the degradation of oil and oil products at bottom sediments, a biohybrid material is used, which consists of a sorbent composite material, including the outer layers of polyester fibers and an intermediate layer of polypropylene fibers. This composite material contains 10% of incorporated phosphorus-containing cation exchangers (KRF-2n) by weight of the composite material, 10% of nitrogen-containing anion exchangers (AN-1) by weight of the composite material, 20% of the structures of the whole cell walls of microscopic aquatic plants Wolffia arrhiza (Wolffia rootless, family Cossack) by weight of the material, 100% of the biological component of the bio-hybrid material by the weight of the matrix. As a biological component, an association of the oil-oxidizing organisms of the genera is used: Pseudomonas, Rhodococcus, Bacillus.
Указанный материал помещают на донный участок загрязненной акватории. Биогибридный материал, имеющий указанные характеристики, обладает сорбционной емкостью 25 г нефти (при плотности нефти 823 кг/м3) на г материала. Биодеградация сложных токсичных компонентов нефти бактериями биогибридного материала до более простых соединений (спиртов, альдегидов, кетонов, органических кислот), способных потребляться микроорганизмами очищаемой среды, происходит благодаря соокислению биогенных питательных компонентов (соединений азота, фосфора).The specified material is placed on the bottom of the contaminated area. A biohybrid material having these characteristics has a sorption capacity of 25 g of oil (at an oil density of 823 kg / m 3 ) per g of material. Biodegradation of complex toxic oil components by bacteria of biohybrid material to simpler compounds (alcohols, aldehydes, ketones, organic acids) that can be consumed by the microorganisms of the medium being cleaned occurs due to the co-oxidation of biogenic nutrient components (nitrogen, phosphorus compounds).
Использование иных представителей водных растений семейства Рясковые (Lemnaceae), биогибридного материала, содержащего иные, оговоренные выше катиониты и/или аниониты и иммобилизованные клетки бактерий-нефтедеструкторов, приводит к аналогичным результатам.The use of other representatives of aquatic plants of the Ryaskovye family (Lemnaceae), a biohybrid material containing other cation exchangers and / or anion exchangers mentioned above and immobilized cells of oil-destructive bacteria, leads to similar results.
Таким образом, описываемый биогибридный материал обладает высокой сорбционной емкостью, в частности позволяет собирать нефть и нефтепродукты с твердых поверхностей или с поверхности акваторий в количестве, превышающем не менее чем в 25 раз собственный вес, как с поверхности, так и со дна акваторий. Основной характеристикой биогибридного материала является высокая степень биодеградации углеводородов нефти биологической составляющей биогибридного материала - бактериальными культурами. Так, биодеградация нефти в воде за 3 суток составляет 85% вес.Thus, the described biohybrid material has a high sorption capacity, in particular, it allows the collection of oil and oil products from solid surfaces or from the surface of water in an amount exceeding at least 25 times its own weight, both from the surface and from the bottom of the water. The main characteristic of biohybrid material is a high degree of biodegradation of oil hydrocarbons of the biological component of biohybrid material - bacterial cultures. So, biodegradation of oil in water for 3 days is 85% by weight.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011145698/10A RU2483797C1 (en) | 2011-11-11 | 2011-11-11 | Biohybrid material for sorption and degradation of oil and oil products |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011145698/10A RU2483797C1 (en) | 2011-11-11 | 2011-11-11 | Biohybrid material for sorption and degradation of oil and oil products |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011145698A RU2011145698A (en) | 2013-05-20 |
| RU2483797C1 true RU2483797C1 (en) | 2013-06-10 |
Family
ID=48785448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011145698/10A RU2483797C1 (en) | 2011-11-11 | 2011-11-11 | Biohybrid material for sorption and degradation of oil and oil products |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2483797C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2549685C1 (en) * | 2014-04-08 | 2015-04-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" | Biohybrid material for sorption and degradation of crude oil and petroleum products |
| RU2608527C2 (en) * | 2015-06-17 | 2017-01-19 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Biocomposite for purification of waste water from nitrite-, nitrate-, phosphate ions |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2182939C1 (en) * | 2000-10-06 | 2002-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт нетканых материалов" | Gathering material for removing oil product pollution |
| RU2210644C1 (en) * | 2002-07-03 | 2003-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт нетканых материалов" | Sorbent for removal of oil product pollutions |
| RU2356856C2 (en) * | 2007-07-23 | 2009-05-27 | Гоу Впо "Тюменский Государственный Университет" | Sorbet for biodegradation of surface and bottom oil products sediments |
| RU2393215C2 (en) * | 2005-12-29 | 2010-06-27 | Федеральное государственное учреждение "48 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" | Eco-biological prepration for purifying water from oil products |
-
2011
- 2011-11-11 RU RU2011145698/10A patent/RU2483797C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2182939C1 (en) * | 2000-10-06 | 2002-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт нетканых материалов" | Gathering material for removing oil product pollution |
| RU2210644C1 (en) * | 2002-07-03 | 2003-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт нетканых материалов" | Sorbent for removal of oil product pollutions |
| RU2393215C2 (en) * | 2005-12-29 | 2010-06-27 | Федеральное государственное учреждение "48 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" | Eco-biological prepration for purifying water from oil products |
| RU2356856C2 (en) * | 2007-07-23 | 2009-05-27 | Гоу Впо "Тюменский Государственный Университет" | Sorbet for biodegradation of surface and bottom oil products sediments |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2549685C1 (en) * | 2014-04-08 | 2015-04-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" | Biohybrid material for sorption and degradation of crude oil and petroleum products |
| RU2608527C2 (en) * | 2015-06-17 | 2017-01-19 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Biocomposite for purification of waste water from nitrite-, nitrate-, phosphate ions |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011145698A (en) | 2013-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lee et al. | Engineered macroalgal and microalgal adsorbents: Synthesis routes and adsorptive performance on hazardous water contaminants | |
| Zeng et al. | NaCS–PDMDAAC immobilized autotrophic cultivation of Chlorella sp. for wastewater nitrogen and phosphate removal | |
| US9758415B2 (en) | Microorganisms-immobilized felt-based resin for the treatment of phenolic effluents and a preparation method thereof | |
| Farkas et al. | Comparative study of the kinetics and equilibrium of phenol biosorption on immobilized white-rot fungus Phanerochaete chrysosporium from aqueous solution | |
| Zhao et al. | Enhancement of phenol degradation using immobilized microorganisms and organic modified montmorillonite in a two-phase partitioning bioreactor | |
| Saleh et al. | Green production of hydrochar nut group from waste materials in subcritical water medium and investigation of their adsorption performance for crystal violet | |
| Chen et al. | Selective adsorption and efficient degradation of petroleum hydrocarbons by a hydrophobic/lipophilic biomass porous foam loaded with microbials | |
| Aoulad El Hadj Ali et al. | Recent advances and prospects of biochar-based adsorbents for malachite green removal: a comprehensive review | |
| RU2483797C1 (en) | Biohybrid material for sorption and degradation of oil and oil products | |
| Hu et al. | Current insight into enhanced strategies and interaction mechanisms of hydrogel materials for phosphate removal and recovery from wastewater | |
| KR101511999B1 (en) | Method for improving water quality and capsule for improving water quality used in the method | |
| JP4719094B2 (en) | Method for treating liquid containing selenate compound using microorganisms | |
| RU2405741C2 (en) | Cartridge for purifying natural water from oil pollutants | |
| Tan et al. | Removal of crystal violet dye from aqueous solutions using rubber (hevea brasillensis) seed shell-based biosorbent | |
| RU2549685C1 (en) | Biohybrid material for sorption and degradation of crude oil and petroleum products | |
| RU2535227C1 (en) | Biohybrid composite material | |
| RU2528863C1 (en) | Biodegradable composite sorbent of oil and oil products | |
| RU2420579C2 (en) | Method of immobilising microorganism cells in sorbent used for oil cleaning | |
| Kwon et al. | Comparison between entrapment methods for phenol removal and operation of bioreactor packed with co-entrapped activated carbon and Pseudomonas fluorescence KNU417 | |
| Dave et al. | Coconut husk as a biosorbent for methylene blue removal and its kinetics study | |
| RU2571180C2 (en) | Method for purification of marine and brackish water ecosystems from oil and oil products under high latitude conditions | |
| Brinda Lakshmi et al. | Immobilization of mycoplana sp. mvmb2 isolated from petroleum contaminated soil onto papaya stem (carica papaya l.) and its application on degradation of phenanthrene | |
| RU2317162C1 (en) | Preparation for microbiological treatment of oil slimes and ground polluted by petroleum products | |
| RU2656146C1 (en) | Biosorbent for purification of water from hydrocarbon pollution and method of its production | |
| RU2533814C1 (en) | Carrier material of biomass for filtration of oil-contaminated waste waters |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191112 |