Новые гидрофобные нефтесорбенты на основе кремнийоксидных аэрогелей

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В ходе двухстадийного золь-гель процесса были синтезированы усовершенствованные гидрофобные кремнийоксидые аэрогели для сорбции нефти. Структура и состав полученных аэрогелей были изучены методами ИК-спектроскопии, низкотемпературной адсорбции азота, растровой электронной микроскопии, термического анализа. Функциональные свойства были оценены путем исследования кинетики сорбции сырой тяжелой нефти, а также путем измерения нефтеемкости, влагоемкости и контактного угла смачивания. Показано, что использование различных соотношений алкоксидов в ходе синтеза дает возможность варьировать текстурные и сорбционные характеристики кремнийоксидных аэрогелей, обладающих низкой влагоемкостью (0–1 г/г) и высокой скоростью сорбции (максимальная сорбционная нефтеемкость 11,5 г/г достигается за 10 мин).

About the authors

Л. А. Полевой

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: delya_sand@mail.ru
Russian Federation, Москва

Д. А. Санджиева

Российский государственный университет нефти и газа; Институт нефтехимического синтеза РАН

Author for correspondence.
Email: delya_sand@mail.ru
Russian Federation, Москва; Москва

А. Е. Баранчиков

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: delya_sand@mail.ru
Russian Federation, Москва

А. Д. Гайзуллин

Российский государственный университет нефти и газа

Email: delya_sand@mail.ru
Russian Federation, Москва

Б. В. Убушаева

Российский государственный университет нефти и газа; Институт нефтехимического синтеза РАН

Email: delya_sand@mail.ru
Russian Federation, Москва; Москва

В. К. Иванов

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: delya_sand@mail.ru
Russian Federation, Москва

В. М. Бузник

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН; Российский государственный университет нефти и газа

Email: delya_sand@mail.ru
Russian Federation, Москва; Москва

А. Г. Дедов

Российский государственный университет нефти и газа; Институт нефтехимического синтеза РАН

Email: delya_sand@mail.ru
Russian Federation, Москва; Москва

References

  1. Pirzada T., Ashrafi Z., Xie W. et al. Cellulose silica hybrid nanofiber aerogels: from sol–gel electrospun nanofibers to multifunctional aerogels. // Adv. Funct. Mater. 2020. V. 30. № 5.
  2. Babiarczuk B., Lewandowski D., Kierzek K. et al. Mechanical Properties of Silica Aerogels Controlled by Synthesis Parameters // J. Non. Cryst. Solids 2023. V. 606. P. 122171.
  3. Venkateswara Rao A., Kalesh R.R., Amalnerkar D.P. et al. Synthesis and characterization of hydrophobic TMES/TEOS based silica aerogels // J. Porous Mater. 2003. V. 10. № 1. P. 23.
  4. Błaszczyński T., Ślosarczyk A., Morawski M. ynthesis of Silica Aerogel by supercritical drying method // Procedia Eng. 2013. V. 57. P. 200.
  5. Hüsing N., Schwertfeger F., Tappert W. et al. Influence of supercritical drying fluid on structure and properties of organically modified silica aerogels // J. Non. Cryst. Solids 1995. V. 186. P. 37.
  6. Maleki H., Durães L., Portugal A. An Overview on silica aerogels synthesis and different mechanical reinforcing strategies // J. Non. Cryst. Solids 2014. V. 385. P. 55.
  7. Yu H., Liang X., Wang J. et al. Preparation and characterization of hydrophobic silica aerogel sphere products by co-precursor method // Solid State Sci. 2015. V. 48. P. 155.
  8. Hüsing N., Schubert U. Aerogels-airy materials: chemistry, structure, and properties. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1998. V. 37. № 1–2. P. 22.
  9. Negreiros A.C.S.V. de, Lins I.D., Maior C.B.S. et al. Oil spills characteristics, detection, and recovery methods: a systematic risk-based view // J. Loss Prev. Process Ind. 2022. V. 80. P. 104912.
  10. Pierre A.C., Pajonk G.M. Chemistry of aerogels and their applications // Chem. Rev. 2002. V. 102. № 11. P. 4243.
  11. Ahmad S., Ahmad S., Sheikh J.N. Silica centered aerogels as advanced functional material and their applications: a review // J. Non. Cryst. Solids 2023. V. 611. P.
  12. Issa A.A., El-Azazy M., Luyt A.S. Kinetics of alkoxysilanes hydrolysis: an empirical approach // Sci. Rep. 2019. V. 9. № 1. P. 17624.
  13. Issa A.A., Luyt A.S. Kinetics of alkoxysilanes and organoalkoxysilanes polymerization: a review // Polymers (Basel). 2019. V. 11. № 3.
  14. Sinkó K. Influence of chemical conditions on the nanoporous structure of silicate aerogels // Materials (Basel). 2010. V. 3. № 1. P. 704.
  15. Harreld J.H., Ebina T., Tsubo N. et al. Manipulation of pore size distributions in silica and ormosil gels dried under ambient pressure conditions // J. Non. Cryst. Solids 2002. V. 298. № 2–3. P. 241.
  16. Sert Çok S., Koç F., Dudás Z. et al. The methyl functionality of monolithic silica xerogels synthesized via the co-gelation approach combined with surface silylation // Gels 2022. V. 9. № 1. P. 33.
  17. Nowak B., Bonora M., Gac J.M. Modification of polypropylene fibrous filters with MTMS-based aerogel for improvement of oil mist separation properties – experimental and theoretical study // J. Environ. Chem. Eng. 2022. V. 10. № 3. P. 107852.
  18. Li Z., Cheng X., He S. et al. Preparation of ambient pressure dried MTMS/TEOS co-precursor silica aerogel by adjusting NH4OH concentration // Mater. Lett. 2014. V. 129. P. 12. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2014.05.024
  19. Brinker C.J., Scherer G.W. Sol-Gel Science. Elsevier, 1990.
  20. Lin Y.-F., Hsu S.-H. Solvent-resistant CTAB-modified polymethylsilsesquioxane aerogels for organic solvent and oil adsorption // J. Colloid Interface Sci. 2017. V. 485. P. 152.
  21. Yao C., Dong X., Gao G. et al. Microstructure and adsorption properties of MTMS/TEOS co-precursor silica aerogels dried at ambient pressure // J. Non. Cryst. Solids 2021. V. 562. P. 120778.
  22. Martins L.S., Zanini N.C., Maia L.S. еt al. Crude oil and S500 diesel removal from seawater by polyurethane composites reinforced with palm fiber residues // Chemosphere. 2021. V. 267. 129288.
  23. Wang Z., An C., Lee K. et al. Factors influencing the fate of oil spilled on shorelines: a review // Environ. Chem. Lett. 2021. V. 19. № 2. P. 1611.
  24. Zamparas M., Tzivras D., Dracopoulos V. et al. Application of sorbents for oil spill cleanup focusing on natural-based modified materials: a review // Molecules 2020. V. 25. № 19. P. 4522.
  25. Ho Y.S., Ng J.C.Y., McKay G. Kinetics of pollutant sorption by biosorbents: review // Sep. Purif. Methods 2000. V. 29. № 2. P. 189
  26. Крижановская О. О., Синяева Л.А., Карпов С.И. Кинетические модели при описании сорбции жирорастворимых физиологически активных веществ высокоупорядоченными кремнийсодержащими материалами // Сорбционные и хроматографические процессы 2014. Т. 5. № 15. С. 784.
  27. Brinker C.J. Hydrolysis and Condensation of Silicates: Effects on Structure // J. Non. Cryst. Solids 1988. V. 100. № 1–3. P. 31.
  28. Lermontov S.A., Sipyagina N.A., Malkova A.N. et al. Elastic aerogels based on methyltrimethoxysilane: the effect of a supercritical medium on structurally sensitive properties // Russ. J. Inorg. Chem. 2015. V. 60. № 4. P. 549 [Лермонтов С.А., Сипягина Н.А., Малкова А.Н. et al. Эластичные аэрогели на основе метилтриметоксисилана: влияние сверхкритической среды на структурно-чувствительные свойства // Журнал неорг. химии 2015. T. 60. № 4. C. 549.].
  29. Wagh P.B., Ingale S.V., Gupta S.C. Comparison of hydrophobicity studies of silica aerogels using contact angle measurements with water drop method and adsorbed water content measurements made by Karl Fischer’s titration method // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2010. V. 55. № 1. P. 73.
  30. Tanaka T. The infrared spectra of methoxy-, methylmethoxy- and methoxy endblocked dimethyl-polysiloxanes // Bull. Chem. Soc. Jpn. 1958. V. 31. № 6. P. 762.
  31. Latthe S.S., Hirashima H., Rao A.V. TEOS based water repellent silica films obtained by a co-precursor sol–gel method // Smart Mater. Struct. 2009. V. 18. № 9. P. 095017.
  32. Yorov K.E., Khodan A.N., Baranchikov A.E. et al. Superhydrophobic and luminescent highly porous nanostructured alumina monoliths modified with tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium // Microp. Mesop. Mater. 2020. V. 293. P. 109804.
  33. Bryk P., Korczeniewski E., Szymański G.S. et al. // Materials (Basel). 2020. V. 13. № 7. P. 1554. https://doi.org/10.3390/ma13071554
  34. Prorokova N.P., Kumeeva T.Y., Kholodkov I.V. et al. Control of the Hydrophobic Properties of Polyester Fabric Coatings Deposited Using Polytetrafluoroethylene Telomers and Silica Nanoparticles // Theor. Found. Chem. Eng. 2022. V. 56. № 5. P. 872. [Пророкова Н.П., Кумеева Т.Ю., Холодков И.В. и др. Управление гидрофобными свойствами покрытий из полиэфирной ткани, нанесенных с использованием политетрафторэтиленовых теломеров и наночастиц оксида кремния // Теорет. основы хим. техн. 2022. Т. 56. № 5. С. 872.].
  35. Barthlott W., Neinhuis C. Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces // Planta 1997. V. 202. № 1. P. 1.
  36. Zhang J., Kwok D.Y. Contact line and contact angle dynamics in superhydrophobic channels // Langmuir 2006. V. 22. № 11. P. 4998.
  37. Bartolo D., Bouamrirene F., Verneuil É. et al. Bouncing or sticky droplets: impalement transitions on superhydrophobic micropatterned surfaces // Europhys. Lett. 2006. V. 74. № 2. P. 299.
  38. Yorov, K.E., Sipyagina, N.A., Malkova, A.N. et al. Methyl-tert-butyl ether as a new solvent for the preparation of SiO2–TiO2 binary aerogels. Inorg Mater 2016. V. 52. № 2. P. 197 [Ёров Х.Э., Сипягина Н.А., Малкова А.Н. et al. Метил-трет-бутиловый эфир как новый растворитель для получения бинарных аэрогелей SiO2 –TiO2 // Неорганические материалы 2016. Т. 52. № 2. С. 197.].
  39. Kosuge K., Kubo S., Kikukawa N. et al. Effect of Pore Structure in Mesoporous Silicas on VOC Dynamic Adsorption/Desorption Performance // Langmuir 2007. V. 23. № 6. P. 3095.
  40. Emenike E.C., Adeleke J., Iwuozor K.O. et al. Adsorption of crude oil from aqueous solution: a review // J. Water Process Eng. 2022. V. 50. № November. P. 103330.
  41. Piperopoulos E., Calabrese L., Mastronardo E. et al. Assessment of sorption kinetics of carbon nanotube-based composite foams for oil recovery application // J. Appl. Polym. Sci. 2019. V. 136. № 14. P. 1.
  42. Shi M., Tang C., Yang X. et al. Superhydrophobic silica aerogels reinforced with polyacrylonitrile fibers for adsorbing oil from water and oil mixtures // RSC Adv. 2017. V. 7. № 7. P. 4039.
  43. Mishra L., Paul K.K., Jena S. Adsorption isotherm, kinetics and optimization study by box behnken design on removal of phenol from coke wastewater using banana peel (Musa sp.) biosorbent // Theor. Found. Chem. Eng. 2022. V. 56. № 6. P. 1189. [Мишра Л., Пол К.К.., Джена С. Исследование изотермы адсорбции, кинетики и оптимизации с помощью конструкции Бокса-Бенкена для удаления фенола из сточных вод коксохимического производства с использованием биосорбента из банановой кожуры (Musa sp.) // Теорет. основы хим. технологии. 2022. Т. 56. № 6. С. 1189].
  44. Ilyin S., Arinina M., Polyakova M. et al. Asphaltenes in heavy crude oil: designation, precipitation, solutions, and effects on viscosity // J. Pet. Sci. Eng. 2016. V. 147. P. 211.
  45. Yang Z., Fang S., Duan M. et al. Chemisorption mechanism of crude oil on soil surface // J. Hazard. Mater. 2020. V. 386. P. 121991.
  46. Chrétien S., Metiu H. Acid–base interaction and its role in alkane dissociative chemisorption on oxide surfaces // J. Phys. Chem. C2014. V. 118. № 47. P. 27336.
  47. Blaquera A.L.M., Herrera M.U., Manalo R.D. et al. Oil adsorption kinetics of calcium stearate-coated kapok fibers // Polymers (Basel). 2023. V. 15. № 2. P. 452.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».