XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Введение

Освоение природных ресурсов и преобразование природных систем, не сопровождающееся деградацией окружающей среды, – вот та глобальная задача, которая стоит в настоящее время перед обществом. На сегодняшний день одними из самых вредных загрязнителей окружающей среды являются нефть и нефтепродукты, в том числе и бензин. Экологические последствия разливов трудно предсказать, поскольку нефтяное загрязнение нарушает многие естественные процессы и взаимосвязи, существенно изменяет условия обитания всех видов живых организмов и накапливается в биомассе.

Известно, что нефтяные загрязнения отличаются от других антропогенных воздействий тем, что они оказывают большую нагрузку на среду, вызывая быструю ответную реакцию. При оценке последствий такого загрязнения не всегда можно однозначно судить о возможности возврата экосистемы к ее устойчивому состоянию [1].

Сложившаяся ситуация остро ставит вопрос улучшения методов удаления нефтяных плёнок с поверхности водоёмов с учётом изменения состава плёнки во времени. Одним из вариантов является использование различных окислителей, которые позволяют изменить качественный состав нефтепродуктов и упростить их переработку и удаление

Теоретическое описание процессов окисления.

В первом приближении при высоких температурах вследствие отщепления атомов водорода от связи С-Н или при разрыве связи С-С образуются свободные радикалы R, которые взаимодействуют с молекулярным кислородом с появлением пероксидного радикала. [2,3]

Рис. 1. Механизм образования пероксидных радикалов. [3]

Такие пероксидные радикалы отщепляют атом водорода от других молекул и превращаются в соответствующие гидропероксиды. [3,4]

Рис. 2. Образование гидропероксидов. [3]

В условиях реакции окисления гидропероксиды разлагаются на свободные радикалы и, в зависимости от захваченной группы (алкильной, метильной, водорода), образуют соответствующие классы соединений. Вторичные гидропероксиды образуют при окислении спирты, альдегиды и кетоны. [3,4]

Рис. 3. Окисление вторичных гидропероксидов. [3]

Третичные гидропероксиды образуют при окислении спирты и кетоны.

Рис. 4. Оксиление третичных гидропероксидов. [3]

Арены без функциональных групп могут незначительно окисляться до фенола и n-хинона в присутствии кислот Льюиса [5], которые, в свою очередь содержатся в воде.

Рис. 5. Схема окисления бензола. [5]

В алкилбензолах боковая цепь значительно проще окисляется до бензойной и соответствующей алифатической кислот. [5]

Рис. 6. Окисление толуола кислородом воздуха. [5]

Рис. 7. Окисление алкилбензолов кислородом воздуха. [5]

Окисление пероксидом водорода

Для исследования возможной зависимости процесса деструкции пленки под действием окислителей в качестве окислителя был выбран пероксид водорода. Выбор обусловлен моделированием возможных природных условий. В ходе экспериментальной работы были получены результаты с концентрированным раствором пероксида водорода.

Рис. 8. Сопоставление ИК-спектров поглощения начального (не облученного) бензина и конечного (облученного после 120 мин под УФ-лампой)

Исходя из графика, можно наблюдать уменьшение интенсивности примерно в области 3000-2700 см^-1, что соответствует валентным колебаниям –СН₃, -СН₂, -СН групп. [6,7]

Область 3001-2943 см^-1 

Кривая зависимости изменения высоты пика от времени на диапазоне 3001-2943 см^-1 свидетельствует об испарении легких фракций бензина.

Рис. 9. Кривая изменения высоты пика от времени на диапазоне 3001-2943 см^-1.

Область 1627-1589 см^-1

Рис. 10. Сопоставление ИК-спектров поглощения бензина и облученных с разным промежутком времени на области 1627-1589 см^-1

Рис. 11. Кривая изменения высоты пика от времени на диапазоне 1627-1589 см^-1.

Диапазону 1627-1589 см^-1 свойственна характерная зависимость окисления. Вероятно, мы наблюдаем генерацию радикальных структур, в составе которых присутствуют ароматические заместители.

Область 860-827 см-1

Рис. 12. Сопоставление ИК-спектров поглощения начального (не облученного) бензина и облученных с разным промежутком времени на области 860-827 см^-1

Рис. 13. Кривая изменения высоты пика от времени на диапазоне 860-827 см^-1.

На диапазоне 860-827 см^-1 были обнаружены эфирные групп вида –С-О-О- [7].

Литература

Galblaub O. A. et al. Oil spill cleanup of water surface by plant-based sorbents: Russian practices //Process safety and environmental protection. 2016. Т. 101. С. 88-92.

Соколов Р.С. Химическая технология: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений: В 2 т. – М.:Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2000. – Т. 2: Металлургические процессы. Переработка химического топлива. Производство органических веществ и полимеров. – 448 с.

Сайкс П. Механизмы реакций в органической химии. М.: Химия. – 1991. – 448 с.

Моррисон Р., Бойд Р. Органическая химия. М.: Мир. – 1974. – 1132 с.

Долгов, Борис Николаевич. Катализ в органической химии: [Учеб. пособие для хим.-технол. вузов и фак.] / Б. Н. Долгов. - Ленинград ; Москва : Госхимиздат, 1949 (Ленинград : тип. им. Евг. Соколовой). - 207 с.

Boukir A. et al. Subfractionation, characterization and photooxidation of crude oil resins //Chemosphere. – 2001. – Т. 43. – №. 3. – С. 279-286.

Тарасевич Б.Н. ИК-спектры основных классов органических соединений. Справочные данные. М: МГУ. 2012. 4с.

Код для цитирования: Скопировать