На базе Института экологических проблем Севера Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики Уральского отделения РАН (Архангельск) создана лаборатория болотных экосистем. Её сотрудники занимаются исследованиями полезных свойств торфа, например, состава и содержания биологически активных соединений, принципиально важных для фармакологических производств. Перспективным с точки зрения экономики и экологии направлением является создание высокоэффективных торфяных нефтесорбентов для ликвидации последствий добычи и транспортировки нефти и продуктов её переработки.
Нефть и нефтепродукты – распространённые загрязнители окружающей среды в Арктической зоне РФ. Наиболее эффективный и доступный метод очистки экосферы – применение различных сорбентов. Рациональное природопользование предполагает применение сорбентов на основе сырья из местных источников.
– Торф – один из самых перспективных ресурсов нашего региона, – отмечает заведующая лабораторией болотных экосистем ФИЦКИА УрО РАН Светлана Селянина. – Верховой торф имеет очень высокий потенциал для получения сорбционных материалов, включая нефтесорбенты. Являясь продуктом природного происхождения, он не даёт экологической нагрузки на окружающую среду. Это особенно важно в условиях низкой устойчивости приарктических биогеоценозов к антропогенному воздействию и слабой способности к самовосстановлению.
Верховой торф Европейского Севера России имеет низкую степень разложения, рыхлую ячеистую и высокопористую структуру, что позитивно отражается на его сорбционных свойствах.
Архангельские химики исследовали серию образцов верхового торфа мохового типа, отобранных на различных глубинах залегания (от 0 м до 2,15 м) на территории грядово-мочажинного комплекса Иласского болотного массива (Приморский район Архангельской области), типичного для Прибеломорской провинции. Были исследованы структурная организация торфа, влажность, зольность образцов, групповой химический состав, насыпная плотность, проведена оценка водопоглощения и нефтеёмкости.
Установлено, что в условиях Севера верховой торф мохового типа отличается низкой степенью разложения – сохраняет клеточное строение растительных остатков. При этом он имеет достаточно однородную структуру с высокими показателями пористости капиллярной системы и сорбционной ёмкости.
Экспериментальные данные показали, что максимальной нефтеёмкостью (порядка 10 г/г) обладает верхний слой торфяной залежи, представленный неразложившимся сфагновым мхом. Выявленная корреляция сорбционной способности со структурными особенностями торфа позволяет разработать методы его модификации, обеспечивающие повышение нефтеёмкости.
На сорбционные свойства торфа наряду с капиллярно-пористой структурой может оказывать влияние групповой состав и химическая природа компонентов. Совместно с белорусскими коллегами архангельские учёные установили, что удаление отдельных групп органического вещества (битумов, гуминовых веществ) может способствовать как увеличению, так и снижению сорбционных свойств.
В исследовании отмечается, что эффективность сорбции определяется как степенью биодеградации растительных остатков и особенностями извлечения компонентов из торфа, так и свойствами самих сорбируемых компонентов. Важным параметром для нефтепродуктов является длина углеводородной цепи, обусловливающая подвижность молекул и степень стерических затруднений при движении как внутрь порового пространства (при сорбции), так и наружу (при десорбции). Эти особенности важны для разработки способов направленной модификации торфа при получении сорбентов с заданными свойствами.
Учёные ФИЦКИА УрО РАН отмечают, что щелочная обработка торфа способствует увеличению его сорбционной способности. При этом наиболее эффективно происходит связывание полученным нефтесорбентом средних и тяжёлых малоподвижных фракций нефти – таких как керосин, дизельное топливо и мазут.
– Мы установили, что щелочная обработка такого торфа в два раза увеличивает его нефтеёмкость к средним фракциям нефти. По-видимому, это связано с освобождением дополнительных пор в ходе удаления компонентов гуминовой природы, – комментирует заведующая лабораторией болотных экосистем ФИЦКИА УрО РАН Светлана Селянина.
По её словам, для создания нефтесорбентов может быть рекомендовано использование верхового торфа мохового типа из верхних горизонтов, имеющих степень разложения не более 10-15 процентов.
Также не исключено, что насыщенный нефтепродуктами торф может стать эффективным топливом. Впрочем, этот вопрос должен стать темой отдельного исследования.
