Новый экологически безопасный реагент поможет с разливами нефти в Арктике

Ученые создали новое вещество, которое поможет очищать воду в Арктике от нефти. Это вещество состоит из природных компонентов — фосфолипидов, которые есть во всех живых клетках, и изобутанола — одного из видов спирта.

Ученые провели эксперимент и выяснили, что это вещество может за минуту уменьшить нефтяное пятно на 89–93%. Это происходит даже при низких температурах. Поэтому новое вещество можно использовать для очистки морей в Арктике.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Marine Pollution Bulletin.

В морях Арктики добывают нефть, но при этом есть риск, что она разольется и навредит окружающей среде. Нефть токсична для рыб и других морских обитателей, она также ухудшает поступление кислорода в воду. Поэтому важно иметь технологии, которые помогут очистить море от нефти, если она вдруг разольется.

Ученые из нескольких научных институтов создали новые экологически безопасные вещества для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды.

Эти вещества сделаны из натуральных компонентов: фосфолипидов, которые можно получить из соевых бобов, и изобутилового спирта. Фосфолипиды — это вещества, из которых состоят оболочки всех живых клеток.

Новые реагенты помогают собирать нефть с поверхности воды, уменьшая площадь нефтяного пятна. Они делают это, собирая тонкую пленку нефти в более толстые слои, которые затем можно легко собрать специальными устройствами или сжечь.

Преимущество этих веществ в том, что они безопасны для окружающей среды, так как они разлагаются и не загрязняют природу.

Ученые провели эксперимент: они взяли нефть и воду комнатной температуры (около 22 °С), а также воду, охлажденную до 0 °С и 7 °С.

Нефть вылили в контейнеры с водой. После того как она растеклась по поверхности, ученые добавили в воду специальное вещество, которое они создали сами.

Эксперимент показал, что реагент очень быстро работает. Всего за минуту он уменьшил размер нефтяного пятна на 93% при комнатной температуре и на 89% при охлаждении.

При этом нефтяная пленка стала плотнее и толще в 1,6–2,6 раза (с 0,1 до 1,6–2,6 миллиметра). В таком состоянии ее уже можно собрать с поверхности воды специальным оборудованием или сжечь прямо на месте разлива.

Реагенты, которые увеличивают толщину нефтяной пленки до 1 миллиметра и больше, считаются эффективными. Если невозможно ограничить распространение нефтяного пятна заграждениями, то единственный способ увеличить толщину пленки — использовать специальные реагенты.

Исследователи впервые использовали магнитно-резонансную томографию (МРТ) и ядерный магнитный резонанс (ЯМР), чтобы изучить, как реагент влияет на взаимодействие нефти с водой и образование льда в месте разлива.

Эти методы позволили понять, что реагент-собиратель нефти изменяет структуру и поверхность льда под нефтяным пятном, а также его свойства, связанные с теплом.

В образцах воды с нефтью, но без специального вещества (реагента), при замерзании происходило следующее: еще не замерзшая вода вытеснялась образующимися кристаллами льда в направлении движения границы замерзания, формируя так называемое «бутылочное горлышко».

Когда использовалось специальное вещество, структура льда изменялась. Вытесняемая вода не вытеснялась, а замерзала внутри льда.

Понимание того, как реагенты влияют на замерзание и оттаивание нефти и воды, важно, потому что эти процессы влияют на многие аспекты нашей жизни: соленость воды, циркуляцию воды в океане, жизнь морских обитателей, отражение солнечного света, тепло- и массообмен в атмосфере.

Наш реагент лучше многих других средств справляется с удалением нефтяных разливов. При этом он не наносит вреда окружающей среде, так как быстро разлагается. Мы планируем проверить его эффективность в реальных условиях, учитывая такие факторы, как 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) имени И.М. Губкина.

Ранее ученые сообщили о разработке микросубмарин для борьбы с нефтяными пятнами.

Иллюстрация: Изменение толщины нефтяной пленки после добавления реагента при 0°С, 7°С и 22°С. Источник: Morozov et al. / Marine Pollution Bulletin, 2024.

14.01.2025