Сотрудники Российского государственного университета нефти и газа (национального исследовательского университета) им. И.М. Губкина, Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН, Института нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН и Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН 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 (22 °С), так и при пониженных (0 °С и 7 °С) температурах. Благодаря этому новый реагент может стать эффективным средством очистки арктических морей от нефтяных разливов. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), 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.

Коллектив исследователей разработал экологически чистые реагенты-собиратели нефти и нефтепродуктов, которые сокращают площадь разливов, стягивая тонкую нефтяную плёнку на воде до толщины, при которой её можно собрать специальными устройствами — скиммерами, — или сжечь.

Готовый реагент состоит из фосфолипидов, выделенных из измельчённых соевых бобов — дешёвого и доступного сырья, — и изобутилового спирта. Фосфолипиды — соединения, из которых состоят оболочки (мембраны) любых живых клеток. Полученный реагент легко разлагается в окружающей среде, а потому не приводит к её 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 плёнки за счёт её сжатия в более плотный слой увеличилась в 1,6—2,6 раза (с 0,1 до 1,6—2,6 миллиметров). При такой толщине плёнки её уже можно удалить с поверхности воды нефтесборной техникой или, не извлекая, сжечь на месте разлива. Поэтому реагенты, способные увеличить толщину плёнки до 1 миллиметра и более, считаются эффективными. Когда ограничить распространение нефтяного пятна плавучими боновыми заграждениями невозможно, единственный способ увеличить толщину нефтяной плёнки — 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 лёд ещё не замёрзшая 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 солёности, 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 руководитель 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) им. И.М. Губкина.

Источник: пресс-служба РНФ.