Разработка органического сорбента на основе отходов семенной кожуры подсолнуха

Муниципальная научно-практическая конференция школьников

«Первые шаги в науку»

Направление: Химия

Название работы: Домашний сорбент

Автор работы: Шанаева Гиляна Алексеевна

Место выполнения работы: г. Городовиковск,

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение «Городовиковская многопрофильная гимназия им Б.Б Городовикова»

Руководитель: Санджиев Н.С., учитель химии

Г

 

Содержание

1. Введение …………………………………………………………………………2
2. Основная часть …………………………………………………………………...4
3. Заключение ………………………………………………………………………9

4. Список использованных источников ……………………………………...10

Введение

Проблема загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами особенно такими как бензин, дизельное топливо, керосин в настоящее время является весьма актуальной. Нарушение техники безопасности, безответственность и аварийные ситуации при добыче и транспортировке нефтепродуктов приводят к ее попаданию в окружающую среду. Попав в почву нефтепродукты, дают колоссальную 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.

Среди современных способов очистки почв от загрязнений нефтепродуктами большую популярность получили сорбенты на основе отходов сельского хозяйства вследствие их дешевизны и безопасности для среды. Известно применение сорбентов для очистки почв получаемых из растительного сырья на основе шелухи овса и риса, древесной щепы и опилок.

Известен способ применения отходов переработки шерсти как сорбента нефтепродуктов. В данной работе в качестве сорбентов нефти и нефтепродуктов были исследованы отходы переработки семян подсолнуха(шелуха). Сорбенты применялись для очистки нефтепродуктов с поверхности воды. Сорбенты (от лат. sorbens — поглощающий) — твердые тела или жидкости, избирательно поглощающие (сорбирующие) из окружающей среды газы, пары или растворённые вещества.

Целью нашего способа является применение органических сорбционных материалов на основе отходов семян подсолнечника для улучшения состояния бензозагрязненных почв. Цель достигается путем решения следующих задач: постановка модельного опыта с использованием сорбента для улучшения свойств бензозагрязненных почв; проведение химико-физических анализов рекультивированных и загрязненных образцов для оценки качества сорбента, определение бензоемкости сорбента.

В своей работе в качестве сорбционных материалов мы используем отходы от семян подсолнечника(лузга) вследствие высокой сорбционной емкости, дешевизны и доступности для республики.

2. Основная часть

Для изучения свойств сорбционных материалов были проведены модельные опыты. Опыт проводился в лаборатории кабинета химии, МКОУ «Городовиковская многопрофильная гимназия им Б.Б Городовиокова». В качестве среды проведения опыта была взята почва, которая характеризуется невысоким накоплением гумуса, первый образец латка загрязняли товарным бензином марки аи-92, второй образец был с сорбентом ну а третий, служил в качестве контрольной группы. Сущность опыта заключается что на делянке размером 60 см^2, прокапывают три ряда длиной 50 см, глубиной 0,5-1 см и загрязняют каждую борозду бензином. Загрязнение производилось товарным бензином марки АИ-92. Бензи́н АИ-92 — горючая смесь лёгких углеводородов с температурой кипения от 33 до 205 °C (в зависимости от примесей). Плотность около 0,71 г/см³. Теплотворная способность примерно 10 200 ккал/кг (46 МДж/кг, 32,7 МДж/литр. Бензины используются в качестве моторного топлива и сырья в промышленном органическом синтезе. Очень часто используется в быту для проведения различных работ.

На бензозагрязненном участке были заложены опытные делянки площадью 120 см². Делянки подвергнуты рекультивации с внесением сорбентов для ускорения разложения бензина в почве.

В качестве сорбентов использовали семенную кожуру подсолнуха, сухую в количестве 300г в каждую борозду в латке №2.

Применение органических сорбционных материалов, для очистки бензинового загрязнения, включает на первом этапе внесение отходов семенной кожуры, в бензозагрязненную почву, далее внесенный сорбент и почву в образце №2 инкубируют на 24 часа.

Применение сорбентов комплексно обусловлено тем, что лузга семян подсолнечника ввиду волокнистой природы имеет большую сорбционную поверхность для поглощения алканов.

Для общей характеристики почв проводились следующие анализы:

Взяли столовую ложку почвы с участка, добавили ее в стакан с чистой водой, размешали и оставили на несколько часов. В результате чего вода осталась чистой, а земля осела на дно. Грунт известковый воду сделал бы мутноватой, придав ей серый оттенок. От торфяного образца на поверхности воды будут плавать фрагменты. Глина и ил воду сделают мутной, осадка будет мало в нашем случае почва оказалась суглинистая.

Механический состав почвы практически был определен, скатыванием влажной почвы между ладонями:

- если при скатывании почва приобретает форму палочки или колбаски, которая при свертывании в кольцо не растрескивается, значит почва глинистая;

- если на сгибе образуются трещины или образец ломается — почва суглинистая;

- из супесчаных и песчаных почв скатать палочку и сделать кольцо невозможно.

Лучшими почвами для выращивания садовых и огородных растений являются суглинистые и супесчаные. Они достаточно влагоемки и воздухоемки, плодородие их может быть улучшено систематическим внесением органических и минеральных удобрений.

Почвы песчаные и глинистые без предварительного окультуривания не могут обеспечить высокий урожай садово-огородных растений.

Химический состав почвы был определен следующим образом:

— полили комок земли уксусом, почва не зашипела(значите не щелочная);

— с вертикальных стенок ямки, глубиной и шириной на штык лопаты, срезали по всей глубине тонкий слои земли и хорошо перемешали; увлажнили дождевой или дистиллированной водой и обмакнули в пробу лакмусовую бумагу. Бумага изменила цвет на зелено-голубой — близко к нейтральной. Необходимо учесть, что на участке может быть не один тип почвы (что более вероятно при большой площади, но не исключается и на маленьком участке).

Для большинства садовых и огородных культур оптимальные значения рН 5,5—6,5, т.е. почва должна быть от слабокислой до почти нейтральной.

 

Разработка органического сорбента на основе отходов семенной кожуры подсолнуха

Для рекультивации бензозагрязненных почв нами был использован органический сорбент, лузга семян подсолнечника.

Выбор именно этого природного сорбента был сделан, исходя из доступности для пользования и дешевизны. В работе были изучены сорбционные свойства: сорбционная емкость (нефтеемкость) в статических условиях. Для определения бензоемкости сорбционных материалов (СМ) использовался бензин марки аи 92 АЗС «Форсаж». Для определения бензоемкости в статических условиях сорбционный материал массой 100 грамма помещали на ровную поверхность и искусственно загрязняли сорбент бензином до полного насыщения.

На основании полученных результатов насыщаемости сорбента нефтью с течением времени при температуре 20°, бензоемкость при использовании отходов семян подсолнуха достигает 30 г. Спустя сутки после начала эксперимента количество поглощенного сорбата лузгой практически не увеличивалось. Отсюда следует, что для полного насыщения Сорбента(лузги) бензином – составляет 24 часа.

Главным показателем эффективности сорбента является его сорбирующая способность (бензоемкость). А зависит она от степени удельной поверхности: чем больше удельная поверхность, тем выше сорбирующая способность.

Таким образом, определены значения бензоемкости в статических условиях. Для исследования сорбционных свойств сорбента на почвах загрязненных бензином и для определения оптимального времени сорбции были проведены модельные опыты.

Механизм модельного опыта был организован следующим образом: в почву вносили бензин, на 500 г почвы 100 мл бензина, (на 1500г 300гр бензина) и помещали на её поверхность сорбент на 7 дней. Соотношение массы почвы и сорбента брали 1:1,5. В течение опыта отслеживали состояние и динамику жизни растений.

По характеру и масштабу образующегося при эксплуатации соответствующих предприятий загрязнения выделяются три основных типа источников загрязнения: площадные, линейные и очаговые (локальные).

Морфометрические характеристики растения – мелиоранта

В модельном опыте в качестве растения – мелиоранта был выбран микросалат. В опытах с топливом первые проростки растений появились на 3-ый день в контроле, а на 5-ый день семена проросли и на загрязненных участках. На 3-й день на контроле значительно быстро проросли семена микросалата: доля всхожести составила 92%, средняя длина 2,5±5 см.

При бензозагрязнении наблюдалось характерное изменение морфометрических параметров.

Таблица 1

Изменение морфометрических параметров

Показатели	Образец №1 Заражённая почва	Образец №2 Почва с сорбентом	Образец №3 контроль
Всхожесть, сутки
Длина корней, см	2см	2,5 см	5 см
Длина стебля, см	3см	5 см	8 см

 

Влияние топливом длина корней уменьшилась в 1, 3 раза 5%, длина стеблей в 1,4 раза у 2,5%, масса растений почти не уменьшилась.

 

Таблица 2

Дневник наблюдений

 

Дата	Образец №1 без сорбента	Образец №2 с добавлением сорбента	Образец №3 Контрольная группа
28.02.17г	Предпосевная подготовка почвы (анализ физического и химического состава почвы, заражение бензином пробы №1 и внесение сорбента в пробу №2.)
1.03.17г	Высадка микро-салата	Высадка микро-салата	Высадка микро-салата
2.03.17г	Всходов нет	Всходов нет	Всходов нет
3.03.17г	Всходов нет	Всходов нет	Всходов нет
4.03.17г	Всходов нет	Всходов нет	Появление всходов
5.03.17г	Всходов нет	Всходов нет	Стебель: 0,8 см Корень: 0,5 см
6.03.17г	Появление всходов	Появление всходов	Стебель: 1,5 см Корень: 0,8 см
7.03.17г	Стебель: 0,6 см Корень: 0,5 см	Стебель: 0,5 см Корень: 0,2 см	Стебель: 2 см Корень: 0,8 см
8.03.17г	Стебель: 1,4 см Корень: 0,8 см	Стебель: 1,2 см Корень: 0,8 см	Стебель: 2,3 см Корень: 1,2 см
9.03.17г	Стебель: 1,4 см Корень: 0,8 см	Стебель: 2,4 см Корень: 1,6 см	Стебель: 2,8 см Корень: 1,8 см
10.03.17г	Стебель: 2,4 см Корень: 1,8 см	Стебель: 2,8 см Корень: 1,8 см	Стебель: 3,6 см Корень: 2 см
11.03.17г	Стебель: 3 см Корень: 2 см	Стебель: 3,4 см Корень: 2 см	Стебель: 4,8 см Корень: 2,8см
12.03.17г	Стебель: 3 см Корень: 2 см	Стебель: 4 см Корень: 2,2 см	Стебель: 6 см Корень: 3,8 см
13.03.17г	Увядание растений	Стебель: 4,5 см Корень: 2,5 см	Стебель: 7,2 см Корень: 4,5 см
14.03.17г	Гибель	Стебель: 5 см Корень: 2,5 см	Стебель: 8 см Корень: 5 см
Проросшее количество в % от посаженных семян.	70%	82%	95%

 

Рис. 4. Влияние различных доз нефтепродуктов на всхожесть микросалата

Корни растений редиса на нефтезагрязненных участках отличаются от контроля (искривлением, утолщением, удлинением) и цветом корня (рис.4).

образец №1 образец №2 контроль

Рис.3. Влияние бензопродукта на рост микро-салата.

На завершенном этапе наблюдений выявлено, что бензиновое загрязнение носит негативный фактор. Так у микро-салата уменьшилось число проросших растений при загрязнении от контрольной группы.

Ингибирующее влияние бензо-продуктов на рост и развитие растений обусловлено нарушением экологический обстановки в почвенной среде: изменением воздушного и гидротермического режимов, агрохимических свойств, адсорбцией. Бензин замедляет усвоение через корневую систему растений, макроэлементов тем самым понижается жизнеспособность.

Заключение

Доказано что бензиновое загрязнение почвы негативно влияет на активность всхожести и роста.

Разработан способ применения органического сорбционного материала на основе отходов семенной кожуры. Проведен эксперимент для установления свойств сорбента, таких как бензоемкость. Применение семенной кожуры способствует оптимизации процесса прорастания и всхожести что следует из проведенного модельного опыта. Доказано что образец заражённой почвы №2 с сорбентом, подвергнутый рекультивации проявляет хорошие показатели роста и всхожести. Увеличивается общее количество проросших растений, увеличивается их динамика роста по сравнению с образцом №1.

Почва, загрязненная бензином, становится не способной выполнять свои экологические функции полноценно. Оптимальное время поглощения бензопродуктов из суглинистой почвы составляет 24 часа.

Таким образом, очистка бензозагрязненных почв сорбентом, обеспечивает высокую степень восстановления деградированных почв, что благоприятно влияет на рост и развитие растений произрастающих на этих почвах, увеличивается общее количество проросших растений, по сравнению с образцами без добавления сорбента. Использование сорбента обеспечивает наиболее высокий уровень очистки почв.