[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2535227C1 - Biohybrid composite material - Google Patents

Biohybrid composite material Download PDF

Info

Publication number
RU2535227C1
RU2535227C1 RU2013125541/05A RU2013125541A RU2535227C1 RU 2535227 C1 RU2535227 C1 RU 2535227C1 RU 2013125541/05 A RU2013125541/05 A RU 2013125541/05A RU 2013125541 A RU2013125541 A RU 2013125541A RU 2535227 C1 RU2535227 C1 RU 2535227C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oil
sphagnum
thermoplastic polymer
bacteria
sorbent
Prior art date
Application number
RU2013125541/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013125541A (en
Inventor
Алексей Георгиевич Дедов
Екатерина Александровна Иванова
Елена Евгеньевна Белоусова
Полина Борисовна Кащеева
Елена Юрьевна Карпова
Рафет Кутузович Идиатулов
Михаил Петрович Кирпичников
Елена Сергеевна Лобакова
Светлана Геннадьевна Васильева
Галина Александровна Дольникова
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина"
Priority to RU2013125541/05A priority Critical patent/RU2535227C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2013125541A publication Critical patent/RU2013125541A/en
Publication of RU2535227C1 publication Critical patent/RU2535227C1/en

Links

Landscapes

  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: sorbent includes thermoplastic polymer with fibre-forming properties, obtained by aerodynamic formation. Filler represents non-sterile plants of Sphagnum genus, incorporated into thermoplastic polymer in the process of its aerodynamic formation in amount 10-15% of thermoplastic polymer weight, and immobilised cells of associations of petroleum-destructing bacteria.
EFFECT: simplification of material composition with preservation of high operating characteristics.
2 cl

Description

Изобретение относится к биогибридному материалу на основе сорбентов нефти и нефтепродуктов и ассоциации 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 the association of 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.

Нефть и нефтепродукты относятся к высокотоксичным загрязняющим веществам, воздействие которых может нарушать равновесие экосистем, особенно при локализации в донных отложениях. В связи с этим совершенствование методов очистки акваторий от нефтяных загрязнений безусловно является важной задачей с точки зрения снижения экономических затрат при ликвидации последствий аварий, а также возможности устранения наиболее труднодоступных и опасных локализаций нефти на дне акваторий. В последнее время созданы инновационные биогибридные материалы, предназначенные для эффективного сбора и деструкции нефти, нефтепродуктов и продуктов химической промышленности при экологических загрязнениях акваторий и суши, очистке промышленных и бытовых отходов. Важным преимуществом данных материалов является способность к саморегенерации и медленному биоразложению (биодеградации). Бактерии-нефтедеструкторы, адсорбированные в биогибридных материалах, способны разрушать углеводороды нефти и нефтепродуктов как при контакте системы с загрязнителем, так и в составе нетканого полимерного сорбента. В результате исключается необходимость отделения нефти и нефтепродуктов от материала, а также последующая утилизация отработанных материалов.Oil and oil products are highly toxic pollutants, the impact of which can upset the balance of ecosystems, especially when localized in bottom sediments. In this regard, the improvement of methods for cleaning water areas from oil pollution is undoubtedly an important task from the point of view of reducing economic costs in the aftermath of accidents, as well as the ability to eliminate the most inaccessible and dangerous oil locations at the bottom of the water area. Recently, innovative biohybrid materials have been created for the efficient collection and destruction of oil, petroleum products and chemical products in environmental pollution of water and land, and for the treatment of industrial and household waste. An important advantage of these materials is the ability to self-regenerate and slow biodegradation (biodegradation). Oil destructive bacteria adsorbed in biohybrid materials are capable of destroying hydrocarbons of oil and oil products both when the system comes into contact with a pollutant and as part of a non-woven polymer sorbent. As a result, the need to separate oil and oil products from the material, as well as the subsequent disposal of waste materials, is eliminated.

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 biodestructor cell culture 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 сорбент для 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 sorbent for 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 №5,492,881, 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. 5,492,881, 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.

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 - сферолозу 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, spherulose as a substrate of the carrier, 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.

Известен 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°C и обеспечении насыщения раствора кислородом.Known 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 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.

Наиболее близким к изобретению является биогибридный материал для сорбции и деградации нефти и нефтепродуктов поверхностных и донных отложений, представляющий собой сорбирующий композиционный материал, включающий внешние слои из полиэфирных волокон и промежуточный слой из полипропиленовых волокон, содержащие инкорпорированные фосфоросодержащие катиониты и/или азотсодержащие аниониты, клеточные стенки водных растений семейства Рясковые (Lemnaceae) и иммобилизованные клетки бактерий-нефтедеструкторов (RU №2011145698, 20.05.2013).Closest to the invention is a biohybrid 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 aquatic plants of the family Ryaskovye (Lemnaceae) and immobilized cells of bacteria-oil destructors (RU No. 20111145698, 05.20.2013).

Данный биогибридный материал обладает высокой сорбционной емкостью нефти и нефтепродуктов с твердых поверхностей или с поверхности акваторий в количестве, превышающем не менее чем в 25 раз собственный, а также высокой степенью биодеградации углеводородов нефти биологической составляющей биогибридного материала - бактериальными культурами (биодеградация нефти в воде составляет 85% вес.). Недостаток известного биогибридного материала заключается в его сложном, многокомпонентном составе. Использование многослойного, комбинированного сорбирующего композиционного материала, включающего внешние слои из полиэфирных волокон и промежуточный слой из полипропиленовых волокон, усложняет и делает более дорогостоящей технологию получения данного материала.This biohybrid material has a high sorption capacity of oil and oil products from solid surfaces or from the surface of water areas in an amount exceeding at least 25 times its own, as well as a high degree of biodegradation of oil hydrocarbons of the biological component of biohybrid material - bacterial cultures (biodegradation of oil in water is 85 % the weight.). A disadvantage of the known biohybrid material is its complex, multicomponent composition. The use of a multilayer, combined sorbent composite material, including the outer layers of polyester fibers and an intermediate layer of polypropylene fibers, complicates and makes the technology for producing this material more expensive.

Кроме того, трудоемкая и длительная процедура приготовления целых каркасов клеточных стенок водных растений семейства Рясковые (Lemnaceae) - выдерживание в серии спиртов, сушка, измельчение - приводит к высоким материальным затратам.In addition, the laborious and lengthy procedure for preparing whole scaffolds of cell walls of aquatic plants of the Ryaskovye family (Lemnaceae) - keeping in a series of alcohols, drying, and grinding - leads to high material costs.

Вышеописанные факторы обуславливают недостаточную эффективность известного биогибридного материала.The above factors determine the lack of effectiveness of the known biohybrid material.

Задача изобретения заключается в создании биогибридного композиционного материала, имеющего несложный компонентный состав, предназначенного для эффективного сбора и деструкции нефти, нефтепродуктов и продуктов химической промышленности при экологических загрязнениях акваторий и суши, очистке промышленных и бытовых отходов, соответствующего как требованиям, предъявляемым к нефтяным сорбентам (таким как высокие емкостные характеристики по отношению нефти и нефтепродуктам, высокая удерживающая способность), так и способного к эффективной биодеградации углеводородов нефти и нефтепродуктов и биоразложению.The objective of the invention is to create a bio-hybrid composite material having a simple component composition designed for the efficient collection and destruction of oil, oil products and chemical products in environmental pollution of water areas and land, treatment of industrial and household waste, which meets the requirements for oil sorbents (such both high capacitive characteristics in relation to oil and oil products, high holding capacity), and capable of efficient ivnoy biodegradation of oil and petroleum hydrocarbons and biodegradability.

Поставленная задача достигается описываемым биогибридным композиционным материалом для сбора и деструкции нефти и нефтепродуктов, содержащим термопластичный полимер с волокнообразующими свойствами, полученный методом аэродинамического формования, наполнитель, представляющий собой нестерильные растения рода Сфагнум (Sphagnum), инкорпорированный в термопластичный полимер в процессе его аэродинамического формования в количестве 10-50% от массы термопластического полимера, и иммобилизованные клетки ассоциаций бактерий-нефтедеструкторов.The problem is achieved by the described biohybrid composite material for the collection and destruction of oil and oil products containing a thermoplastic polymer with fiber-forming properties obtained by aerodynamic molding, a filler, which is a non-sterile plant of the Sphagnum genus, incorporated into the thermoplastic polymer in the amount of its aerodynamic molding 10-50% by weight of the thermoplastic polymer, and immobilized cells of the associations of bacteria-oil destructors.

Предпочтительно термопластичный полимер имеет объемную плотность 50-220 кг/м3, диаметр волокон 4-41 мкм и выбран из группы, содержащей полипропилен или сополимеры пропилена, сополимер акрилонитрила с метилакрилатом.Preferably, the thermoplastic polymer has a bulk density of 50-220 kg / m 3 , a fiber diameter of 4-41 μm and is selected from the group consisting of polypropylene or propylene copolymers, a copolymer of acrylonitrile with methyl acrylate.

Технический результат заключается в упрощении состава материала при сохранении высоких эксплуатационных характеристик.The technical result consists in simplifying the composition of the material while maintaining high performance.

Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.

Для извлечения нефти и нефтепродуктов из водных сред описываемый биогибридный композиционный 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 - растения рода Сфагнум (Sphagnum). Биодеградация нефти осуществляется ассоциациями бактерий-нефтедеструкторов как при контакте системы с водо-нефтяной 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 composite material is laid 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 selective adsorption of the oil substrate — oil, oil products — from the mixed medium as a highly porous interfiber space and additional accumulation structures on the polymer fibers of the oil substrate — plants of the Sphagnum genus — takes place. . Biodegradation of oil is carried out by associations of oil-degrading bacteria both in contact with a water-oil emulsion and in a sorbent matrix that adsorbs 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 нетканых полимерных волокон, содержащих в качестве наполнителя нестерильные растения рода Сфагнум (Sphagnum), осуществляют методом аэродинамического формования. Метод аэродинамического формования описан, например, в Роговин З.А. Основы химии и технологии производства химических волокон т.II, М.: Химия, 1965. С.186-195. При этом исходное полимерное сырье в виде гранул расплавляют в плавильном устройстве - экструдере - либо растворяют в растворителе, например, диметилформамиде и фильтруют для удаления примесей. К расплаву или раствору полимера добавляют предварительно подготовленные нестерильные растения рода Сфагнум (Sphagnum) и продавливают через фильерный блок. Выходящие из фильеры струи с помощью соплового устройства вытягивают и направляют на поверхность приемного устройства. Одновременно на поверхность приемного устройства из форсунок подают осадительную ванну. В результате чего происходит отверждение волокон и формируется структура волокнистого полимерного холста, в который инкорпорированы нестерильные растения рода Сфагнум (Sphagnum). Сформованный холст полимерного нетканого материала снимают с приемной поверхности, отмывают от растворителя в промывном устройстве и высушивают в сушилке при температуре 70÷100°C.Non-woven polymer fibers containing non-sterile plants of the Sphagnum genus (Sphagnum) are produced by aerodynamic molding. The aerodynamic molding method is described, for example, in Rogovin Z.A. Fundamentals of chemistry and technology for the production of chemical fibers vol. II, M .: Chemistry, 1965. S.186-195. In this case, the initial polymer raw materials in the form of granules are melted in a melting device — an extruder — or dissolved in a solvent, for example, dimethylformamide, and filtered to remove impurities. Pre-prepared non-sterile plants of the Sphagnum genus are added to the melt or polymer solution and pressed through a spinneret block. The jets leaving the die by means of a nozzle device are pulled and directed to the surface of the receiving device. At the same time, a precipitation bath is supplied from the nozzles to the surface of the receiving device. As a result, the curing of the fibers takes place and the structure of the fibrous polymer canvas forms, into which non-sterile plants of the genus Sphagnum are incorporated. The molded canvas of polymer nonwoven material is removed from the receiving surface, washed from the solvent in a washing device and dried in a dryer at a temperature of 70 ÷ 100 ° C.

Полимерные волокна формуют из расплавов полипропилена или сополимеров пропилена. Сополимер акрилонитрила с метилакрилатом формуют из его раствора в диметилформамиде. Возможно использование также других видов термопластичного полимера, в частности полиэфирных полимеров. В данном случае волокна формуют из расплавов различных полимеров, в частности из расплава полиэтилентерефталата, полибутилентерефталата, поликарбоната, полиакрилата и других.Polymer fibers are formed from molten polypropylene or propylene copolymers. A copolymer of acrylonitrile with methyl acrylate is formed from its solution in dimethylformamide. You can also use other types of thermoplastic polymer, in particular polyester polymers. In this case, the fibers are formed from melts of various polymers, in particular from a melt of polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycarbonate, polyacrylate and others.

Процедура предварительной подготовки нестерильного растения рода Сфагнум (Sphagnum) заключается в следующем. Сначала исходное растительное сырье, например нестерильный сфагновой мох (Sphagnum) различных видов, сушат либо в естественных условиях при комнатной температуре, либо в сушильном шкафу при температуре 50-70°C до постоянного веса, контролируемого с помощью электронных весов. Время сушки зависит от содержания влаги в исходном материале и может варьироваться от нескольких дней до нескольких часов. Далее высушенный сфагновый мох измельчают в виброшаровой мельнице с электроприводом. Помол осуществляют в стальном стакане с крышкой, частично заполненном шариками диаметром около 5-6 мм из того же материала, что и стакан. Количество шариков - 2 или 3 штуки. Дисперсность материала после измельчения составляет 50-60 мкм. Инкорпорирование измельченных нестерильных растений рода Сфагнум (Sphagnum) проводят в процессе получения полимерных волокон из расплавов или растворов методом аэродинамического формования. Количество вводимого наполнителя может составлять от 10 до 50% от массы термопластичного полимера. Оптимальное количество наполнителя составляет 30% масс.The procedure for preliminary preparation of non-sterile plants of the genus Sphagnum (Sphagnum) is as follows. Initially, plant raw materials, for example non-sterile sphagnum moss (Sphagnum) of various kinds, are dried either in natural conditions at room temperature or in an oven at a temperature of 50-70 ° C to a constant weight, controlled by electronic scales. Drying time depends on the moisture content in the starting material and can vary from several days to several hours. Next, the dried sphagnum moss is crushed in a vibratory ball mill with an electric drive. The grinding is carried out in a steel glass with a lid partially filled with balls with a diameter of about 5-6 mm from the same material as the glass. The number of balls is 2 or 3 pieces. The dispersion of the material after grinding is 50-60 microns. The incorporation of crushed non-sterile plants of the Sphagnum genus is carried out in the process of producing polymer fibers from melts or solutions by aerodynamic molding. The amount of introduced filler may be from 10 to 50% by weight of the thermoplastic polymer. The optimal amount of filler is 30% of the mass.

Используемые в качестве наполнителя растения рода Сфагнум (Sphagnum), в частности сфагнум дубравный (Sphagnum nemoreum), сфагнум компактный (Sphagnum compactum), сфагнум оттопыренный (Sphagnum squarrosum), благодаря волокнисто-пористой структуре и высоким адсорбционным свойствам играют роль как структур дополнительной аккумуляции нефти и нефтепродуктов, так и источника биогенных элементов для заселения данных материалов аборигенными бактериями-нефтедеструкторами окружающей среды. Кроме этого пористая структура используемого наполнителя способствует накоплению в своих порах кислорода, тем самым повышая скорость окисления нефти и нефтепродуктов аборигенными бактериями-нефтедеструкторами.Plants of the genus Sphagnum used as filler, in particular oak sphagnum (Sphagnum nemoreum), compact sphagnum (Sphagnum compactum), protruded sphagnum (Sphagnum squarrosum), due to the fibrous-porous structure and high adsorption properties, play the role of additional storage structures and petroleum products, as well as a source of biogenic elements for populating these materials with native bacteria-oil destructors of the environment. In addition, the porous structure of the filler used contributes to the accumulation of oxygen in its pores, thereby increasing the rate of oxidation of oil and oil products by native destructive bacteria.

При этом введение достаточного количества нестерильного растения рода Сфагнум (Sphagnum) на стадии формования нетканого полимерного материала аэродинамическим методом позволяет получить неожиданный дополнительный эффект, а именно повышение пористости адсорбента, и, как следствие, увеличение адсорбционных показателей, а также более высокой степени заселения данного материала бактериями-нефтедеструкторами и аборигенными микроорганизмами за счет повышения сродства синтетического нетканого полимерного материала к биологическим объектам. Измельченные нестерильные растения рода Сфагнум (Sphagnum) служат основой для прикрепления и иммобилизации клеток аборигенных бактерий-нефтедеструкторов, а также обеспечивают иммобилизованные бактерии-нефтедеструкторы необходимыми биогенными питательными элементами для поддержания физиолого-биохимического потенциала бактериальной клетки.Moreover, the introduction of a sufficient amount of a non-sterile plant of the Sphagnum genus at the stage of forming the non-woven polymer material by the aerodynamic method allows to obtain an unexpected additional effect, namely, an increase in the porosity of the adsorbent, and, as a result, an increase in the adsorption parameters, as well as a higher degree of population of this material with bacteria - oil destructors and indigenous microorganisms by increasing the affinity of synthetic non-woven polymeric material to a biological object m Shredded non-sterile plants of the Sphagnum genus serve as the basis for attachment and immobilization of cells of indigenous oil-degrading bacteria, and also provide immobilized oil-degrading bacteria with necessary biogenic nutrients to maintain the physiological and biochemical potential of the bacterial cell.

Кроме того, данные измельченные нестерильные растения рода Сфагнум (Sphagnum) (клеточные структуры) способствуют разложению полимерного нетканого волокна микроорганизмами на короткие фрагменты, тем самым делая данный материал биоразлагаемым. В результате исключается необходимость утилизации отработанных материалов.In addition, these crushed non-sterile plants of the Sphagnum genus (cell structures) contribute to the decomposition of the polymer non-woven fiber by microorganisms into short fragments, thereby making this material biodegradable. As a result, the need for disposal of waste materials is eliminated.

Иммобилизованные в нетканый полимерный материал (матрицу) клетки бактерий-нефтедеструкторов закреплены как на поверхности полимерных волокон диаметром 4-60 мкм, так и в клеточных структурах растений рода Сфагнум (Sphagnum).The cells of bacteria-oil destructors immobilized into a non-woven polymeric material (matrix) are fixed both on the surface of polymer fibers with a diameter of 4-60 μm and in the cell structures of plants of the Sphagnum genus.

В качестве ассоциаций бактерий-нефтедеструкторов используют, например, р. Pseudomonas, p. Rhodococcus, p. Bacillus, облигатные нефтедеградирующие бактерии родов Alcanivorax, Marinobacter, Thallassdituus, Cycloclasticus, Oleispira.As associations of oil-degrading bacteria, for example, p. Pseudomonas, p. Rhodococcus, p. Bacillus, obligate oil-degrading bacteria of the genera Alcanivorax, Marinobacter, Thallassdituus, Cycloclasticus, Oleispira.

Возможно использовать материал с объемной плотностью 50-220 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 течение длительного времени.It is possible to use a material with a bulk density of 50-220 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 for a long time.

Биогибридный материал с указанным выше содержанием бактериальных клеток, растений рода Сфагнум (Sphagnum), благоприятствующих развитию и питанию иммобилизованных бактериальных клеток и аборигенных микроорганизмов, способен как к быстрой сорбции, так и к высокой деградации нефти и нефтепродуктов.Biohybrid material with the aforementioned content of bacterial cells, plants of the Sphagnum genus, favoring the development and nutrition of immobilized bacterial cells and native microorganisms, 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 композиционный материал на основе полипропилена или сополимера пропилена с этиленом (термопластичный полимер). Указанный композиционный сорбент содержит 30% высушенного и измельченного растения рода Сфагнум (Sphagnum) - Сфагнума дубравного (Sphagnum nemoreum) от массы термопластичного полимера и 100% от массы термопластичного полимера иммобилизованных клеток ассоциаций бактерий-нефтедеструкторов, в качестве которых используют двухкомпонентную биологическую ассоциацию, основу которой составляют грамположительные бактерии рода Rhodococcus sp. шт.7 и подвижные грамотрицательные бактерии рода Pseudomonas.For the collection and degradation of films of oil and oil products from the water surface, a biohybrid composite material based on polypropylene or a copolymer of propylene with ethylene (thermoplastic polymer) is used. The specified composite sorbent contains 30% of dried and ground plants of the genus Sphagnum (Sphagnum) - Sphagnum oak (Sphagnum nemoreum) by weight of the thermoplastic polymer and 100% by weight of the thermoplastic polymer of the immobilized cells of the associations of bacteria-oil destructors, which use a two-component biological association make up gram-positive bacteria of the genus Rhodococcus sp. 7 and mobile gram-negative bacteria of the genus Pseudomonas.

Указанный материал помещают на участок загрязненной акватории. Биогибридный материал, имеющий указанный состав, обладает сорбционной емкостью 70 г нефтепродукта 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. При эксплуатации биогибридного материала концентрация углеводородов снижается на 85%.The specified material is placed on a site of contaminated water. A biohybrid material having the indicated composition has a sorption capacity of 70 g of oil per gram of material, buoyancy of at least three days. During this time, biodegradation of complex toxic oil components by bacteria of the biohybrid material takes place to simpler compounds (alcohols, aldehydes, ketones, organic acids) that can be consumed by indigenous microorganisms of the medium being cleaned. During the operation of biohybrid material, the concentration of hydrocarbons is reduced by 85%.

Биоразложение композиционного материала на короткие фрагменты происходит на 90 сутки эксперимента.Biodegradation of the composite material into short fragments occurs on the 90th day of the experiment.

Пример 2.Example 2

Для деградации нефти и нефтепродуктов донных отложений используют биогибридный композиционный материал на основе сополимера акрилонитрила с метилакрилатом. Данный композиционный сорбент содержит 10% высушенного и измельченного растения рода Сфагнум (Sphagnum) - Сфагнума компактного (Sphagnum compactum) от массы термопластичного полимера и 100% иммобилизованных клеток ассоциаций бактерий-нефтедеструкторов, в качестве которых используют двухкомпонентную биологическую ассоциацию, основу которой составляют грамположительные бактерии рода Rhodococcus sp. шт.7 и подвижные грамотрицательные бактерии рода Pseudomonas.For the degradation of oil and oil products of bottom sediments, a biohybrid composite material based on a copolymer of acrylonitrile with methyl acrylate is used. This composite sorbent contains 10% of dried and ground plants of the genus Sphagnum (Sphagnum) - Sphagnum compact (Sphagnum compactum) by weight of the thermoplastic polymer and 100% immobilized cells of the associations of bacteria-oil destructors, which are used as a two-component biological association, which is based on gram-positive bacteria of the genus Rhodococcus sp. 7 and mobile gram-negative bacteria of the genus Pseudomonas.

Указанный материал, благодаря низкой плавучести, погружается на донный участок загрязненной акватории, адсорбируя при этом нефть и нефтепродукты с водной поверхности. Биогибридный материал, имеющий указанные характеристики, обладает сорбционной емкостью 40 г нефтепродукта 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 клеточных структур растений рода Сфагнум (Sphagnum).The indicated material, due to its low buoyancy, is immersed in the bottom of the contaminated water area, adsorbing oil and oil products from the water surface. A biohybrid material having these characteristics has a sorption capacity of 40 g of oil 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 the biogenic nutrient components of the cell structures of plants of the Sphagnum genus (Sphagnum).

При эксплуатации биогибридного материала концентрация углеводородов снижается на 70%.During the operation of biohybrid material, the concentration of hydrocarbons is reduced by 70%.

Биоразложение композиционного материала на короткие фрагменты происходит на 90 сутки эксперимента.Biodegradation of the composite material into short fragments occurs on the 90th day of the experiment.

Использование в сорбенте других видов термопластичных полимеров, других, оговоренных выше, концентраций наполнителя, а также использование иных представителей рода Сфагнум (Sphagnum) в структуре биогибридного материала и иммобилизованных клеток бактерий-нефтедеструкторов приводят к аналогичным результатам.The use of other types of thermoplastic polymers in the sorbent, other concentrations of the filler mentioned above, as well as the use of other representatives of the Sphagnum genus in the structure of biohybrid material and immobilized cells of oil-destructive bacteria lead to similar results.

Таким образом, указанный материал, обладающий более простым, чем известный материал составом, сохраняет высокие эксплуатационные показатели при очистке различных поверхностей.Thus, the specified material, having a simpler composition than the known material, maintains high performance when cleaning various surfaces.

Так, описываемый биогибридный композиционный материал обладает высокой сорбционной емкостью, в частности позволяет собирать нефть и нефтепродукты с твердых поверхностей, с поверхности и со дна акваторий в количестве, превышающем не менее чем в 40-70 раз собственный вес, высокой степенью биодеградации углеводородов нефти ассоциациями бактерий-нефтедеструкторов, а также биоразложения нетканых полимерных волокон микроорганизмами (иммобилизованными и аборигенными) на короткие фрагменты. В результате исключается необходимость утилизации отработанных материалов.Thus, the described biohybrid composite material has a high sorption capacity, in particular, it allows the collection of oil and oil products from solid surfaces, from the surface and from the bottom of water in an amount exceeding at least 40-70 times its own weight, and a high degree of biodegradation of oil hydrocarbons by bacterial associations - of oil destructors, as well as biodegradation of non-woven polymer fibers by microorganisms (immobilized and indigenous) into short fragments. As a result, the need for disposal of waste materials is eliminated.

Claims (2)

1. Биогибридный композиционный материал для сбора и деструкции нефти и нефтепродуктов, содержащий термопластичный полимер с волокнообразующими свойствами, полученный методом аэродинамического формования, наполнитель, представляющий собой нестерильные растения рода Сфагнум (Sphagnum), инкорпорированный в термопластичный полимер в процессе его аэродинамического формования в количестве 10-50% от массы термопластического полимера, и иммобилизованные клетки ассоциаций бактерий-нефтедеструкторов.1. Biohybrid composite material for the collection and destruction of oil and oil products, containing a thermoplastic polymer with fiber-forming properties, obtained by aerodynamic molding, a filler, which is a non-sterile plant of the Sphagnum genus, incorporated into the thermoplastic polymer during its aerodynamic molding in the amount of 10- 50% by weight of the thermoplastic polymer, and immobilized cells of the associations of bacteria-oil destructors. 2. Биогибридный композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что термопластичный полимер имеет объемную плотность 50-220 кг/м3, диаметр волокон 4-41 мкм и выбран из группы, включающей полипропилен или сополимеры пропилена, сополимер акрилонитрила с метилакрилатом. 2. The biohybrid composite material according to claim 1, characterized in that the thermoplastic polymer has a bulk density of 50-220 kg / m 3 , a fiber diameter of 4-41 microns and is selected from the group comprising polypropylene or propylene copolymers, a copolymer of acrylonitrile with methyl acrylate.
RU2013125541/05A 2013-06-03 2013-06-03 Biohybrid composite material RU2535227C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013125541/05A RU2535227C1 (en) 2013-06-03 2013-06-03 Biohybrid composite material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013125541/05A RU2535227C1 (en) 2013-06-03 2013-06-03 Biohybrid composite material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013125541A RU2013125541A (en) 2014-12-10
RU2535227C1 true RU2535227C1 (en) 2014-12-10

Family

ID=53285860

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013125541/05A RU2535227C1 (en) 2013-06-03 2013-06-03 Biohybrid composite material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2535227C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2608527C2 (en) * 2015-06-17 2017-01-19 Публичное акционерное общество "Газпром" Biocomposite for purification of waste water from nitrite-, nitrate-, phosphate ions

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2063386C1 (en) * 1993-06-23 1996-07-10 Санкт-Петербургский технологический институт Method of purifying natural and waste water from petroleum products
US5834385A (en) * 1996-04-05 1998-11-10 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Oil-sorbing article and methods for making and using same
WO2000013787A3 (en) * 1998-09-04 2001-11-08 Response Environmental Service Oil sorbent composition
WO2006126057A1 (en) * 2005-05-23 2006-11-30 Van Der Vijver, Brian A bioremediation product for use in the biodegradation of liquid hydrocarbons
RU2356856C2 (en) * 2007-07-23 2009-05-27 Гоу Впо "Тюменский Государственный Университет" Sorbet for biodegradation of surface and bottom oil products sediments

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2063386C1 (en) * 1993-06-23 1996-07-10 Санкт-Петербургский технологический институт Method of purifying natural and waste water from petroleum products
US5834385A (en) * 1996-04-05 1998-11-10 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Oil-sorbing article and methods for making and using same
WO2000013787A3 (en) * 1998-09-04 2001-11-08 Response Environmental Service Oil sorbent composition
WO2006126057A1 (en) * 2005-05-23 2006-11-30 Van Der Vijver, Brian A bioremediation product for use in the biodegradation of liquid hydrocarbons
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 (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
RU2013125541A (en) 2014-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Al-Amshawee et al. Biocarriers for biofilm immobilization in wastewater treatments: a review
Liu et al. Review on the aerogel-type oil sorbents derived from nanocellulose
Scaffaro et al. Polycaprolactone-based scaffold for oil-selective sorption and improvement of bacteria activity for bioremediation of polluted water: Porous PCL system obtained by leaching melt mixed PCL/PEG/NaCl composites: Oil uptake performance and bioremediation efficiency
Al-Kaabi et al. Adsorptive batch and biological treatments of produced water: Recent progresses, challenges, and potentials
Idris et al. Introduction of adsorption techniques for heavy metals remediation
Chen et al. Selective adsorption and efficient degradation of petroleum hydrocarbons by a hydrophobic/lipophilic biomass porous foam loaded with microbials
CN103418236A (en) Biological deodorizing packing and device
RU2608527C2 (en) Biocomposite for purification of waste water from nitrite-, nitrate-, phosphate ions
Ghahramani et al. Open‐cell polyvinylidene fluoride foams as carriers to promote biofilm growth for biological wastewater treatment
JP2007039954A (en) Oil absorber using oil decomposing microorganism and biodegradation nonwoven fabric
Zhang et al. Selective absorption and efficient biodegradation of petroleum pollutants by oleophilic porous activated sludge loading with microorganism
RU2535227C1 (en) Biohybrid composite material
RU2528863C1 (en) Biodegradable composite sorbent of oil and oil products
Dumont et al. Evaluation of innovative packing materials for the biodegradation of H2S: a comparative study
Omarova et al. Immobilization of bacteria on polymer matrices for degradation of crude oil and oil products
RU2483797C1 (en) Biohybrid material for sorption and degradation of oil and oil products
Daud et al. Utilization of waste paper sludge as an alternative adsorbent for the adsorption of ammonia nitrogen and COD in stabilized landfill leachate
Akpomie et al. Treatment of motor oil-contaminated water via sorption onto natural organic lignocellulosic waste: thermodynamics, kinetics, isotherm, recycling, and reuse
RU2405741C2 (en) Cartridge for purifying natural water from oil pollutants
RU2420579C2 (en) Method of immobilising microorganism cells in sorbent used for oil cleaning
RU2549685C1 (en) Biohybrid material for sorption and degradation of crude oil and petroleum products
CN105771628A (en) Biological deodorization packing
US8263229B1 (en) Composite structures for the absorption of dissolved metals
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

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150604

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20160510