Использование Ферромагнитного нанопорошка Fe3O4 для ликвидации разливов нефти

Идея опубликована, план черновик

Идея проекта

Участник
Полное название проекта
Использование Ферромагнитного нанопорошка Fe3O4 для ликвидации разливов нефти
Руководитель
Артем Старокоров
Заявлен
13 февраля 2017, 07:13
Категории проекта
  • СОЗДАВАЙ!
  • II ступень
  • На конкурс «Реактор» 2017
Ключевые слова проекта
  • Ферромагнитный порошок Fe3O4
  • Ликвидация разливов нефти
  • Сбор нефти с помощью магнита
Площадка конкурса
Инжинириум МГТУ им. Баумана, Кванториум Ульяновск

Замысел продукта

В ходе исследования была показана принципиальная возможность получения порошка Fe3O4, который предлагается использовать в виде основного вещества для сбора нефти с водной поверхности.
Цель исследования – разработка методики получения ферромагнитного порошка Fe3O4, предназначенного для сбора нефтяной пленки с поверхности воды.
Задачи исследования:
1. Подбор реактивов для синтеза Fe3O4 в условиях школьной лаборатории.
2. Разработка методики получения нанопорошока ферромагнетика Fe3O4.
3. Проведение модельных испытаний сбора нефти с помощью полученного реактива.
Объект исследования – методика получения нанопорошка Fe3O4.
Предмет исследования – сбор нефтяной пленки с помощью нанопорошка Fe3O4 и магнита.
Практическая значимость – в результате исследования получен реагент, позволяющий собирать нефтяное загрязнение с привлечением магнита и насосной станции.
Новизна исследования – полученный нанопорошок Fe3O4 достаточно стабилен и позволяет внедрить в практику новый способ сбора нефтяной пленки с поверхности воды.
В основе химического процесса лежит получение коллоидного магнетита Fe3O4 путем гидролиза смеси хлоридов железа (II) и (III) в соотношении минимум 1 к 2, с помощью раствора гидроксида аммония. Для этого в 500 миллилитрах дистиллированной воды растворили 24 грамма трехвалентной соли железа – Fe2(SO4)3 и 12 граммов двухвалентной соли железа - FeCl2. Получается мутный коричневато-оранжевый раствор, который отфильтровывается через фильтровальную бумагу для отделения механических примесей. Следующим шагом добавили 150 мл аммиачной воды (NH4OH):
FeSO4•7H2O + 2FeCl3•6H2O + 8NH3•H2O → Fe3O4 + 6NH4Cl + (NH4)2SO4 + 20H2O (1)
В качестве второго вариант получения можно использовать хлориды железа (II) и (III):
FeCl2 + 2FeCl3 + 8NH3•H2O → Fe3O4 + 8NH4Cl + 4H2O (2)
Коричнево-оранжевый раствор в результате реакции мгновенно превращается в суспензию черного цвета. Далее доливаем дистиллированную воду и ставим на постоянный магнит. Получившийся магнетит Fe2O3 в виде «дождя» под действием сил магнитного поля выпадает на дно колбы, после чего осторожно сливаем около двух третей раствора в канализацию, удерживая остаток магнитом. Следующим шагом заливаем в колбу дистиллированную воду, взбалтываем смесь и ставим на магнит. Операцию промывки повторяем до тех пор, пока рН раствора не достигнет 7,5 – 8,5. Затем после того как последний промывной раствор на две трети слит, загущенную суспензию отфильтровываем через бумажный фильтр на воронке и полученный осадок и является искомым веществом - влажным порошком Fe3O4. После высушивания получаются магнитные частица размером от 80 до 100 нм, находящиеся в ферромагнитном состоянии. Методика получения магнитных наночастиц магнетита очень проста и недорога, что может в дальнейшем сделать процесс получения массовым.

Технология реализации замысла

Основным результатом данного исследования стали испытания полученного порошка Fe2O3 на водной поверхности с нефтяной пленкой. Для этого в чашку было налито 500 мл воды, а на её поверхность налили около 7 мл нефти. Далее около чашки расположили постоянные магниты. Следующим шагом автор распылял над нефтью нанопорошок, который за счет своей малой массы не тонул, а оставался на поверхности нефтяной пленки. Магниты, расположенные около чашки притягивали к себе порошок, который тянул за собой нефть. Это всё фиксировалось видеосъемкой и документально подтверждено. Отдельно был проведен опыт с порошком Fe, который также обладает магнитным свойствами, но за счет высокой плотности не остаётся на поверхности нефтяной пленки, а тонет. Этот доказывает, что железный порошок не является альтернативой созданному в данном исследовании нанопорошку Fe2O3.
В случае внедрения данной идеи в массовое применение, предлагается следующий алгоритм работы:
1. На нефтяную пленку распыляется порошок Fe2O3 или из специального распылителя или с самолета, беспилотника, вертолета.
2. К образовавшейся на поверхности воды смеси нефти и магнетита подплывает транспортное средство, оснащенное мощными магнитами и насосом.
3. Магнит притягивает к себе смесь нефти и ферромагнитного порошока к насосам, которые её закачивают в специальные хранилища.
4. После сбора нефти эмульсию отстаивают для отделения от воды и магнитами осаживают магнетит, который впоследствии также можно использовать для повторного сбора загрязнений.
Для доказательства жизнеспособности данной идеи, была построена опытно-экспериментальная модель установки, в которой были две емкости с водой, соединенные насосом. В одной емкости были расположены мощные неодимые магниты с заборным шлангом насоса. Нефтяная пленка с нанесенным сверху порошком Fe3O4, перемещается за счет магнитного поля к насосу, и он перекачивает водно-нефтяную смесь во вторую емкость. Все опыты тщательно снимались на видео в качестве документального доказательства. Главное преимущество, которое дает данный метод сбора нефти – это отказ от бонового заграждения для локализации нефтяных пятен, как от дорогого и громоздкого метода.

Галерея проекта

План проекта

Еще не сформирован