Depoluarea apelor uzate folosind materiale grafenice

I Noțiuni generale

Odată cu mărirea consumului de combustibili fosili, a producției și a capacității de

transport de produse petroliere, deversările de hidrocarburi au devenit o problemă din ce în ce

mai mare, cauzând poluarea mediului și probleme ecologice. Acestea sunt cauzate de

accidente la platforme de forare, la nave și conducte de transport sau în rafinării, dar și de

pierderile mici ce au loc în cazul neetanșeității conductelor sau utilajelor.

Conform datelor de la International Tanker Owners Pollution Federation, numărul

deversărilor de țiței cauzate de tancurile petroliere a scăzut odată cu trecerea anilor, după cum

se observă în figura I.1 în timp ce cantitatea de țiței transportată a crescut (figura I.2).

Pentru anul 2017, ITOPF a raportat două deversări mai mari de 700 de tone de țiței și 4

deversări medii (7-700 tone de țiței). Cantitatea totală de țiței pierdută în anul 2017 este

estimată de ITOPF la 7000 de tone, din care 5000 în iunie 2017, în Oceanul Indian.[1]

Pentru curățarea apelor contaminate cu țiței se folosesc bariere plutitoare și degresare

cu nave specializate care folosesc sucțiune sau materiale absorbante ca polimeri poroși

(polipropilena sau PET-ul) sau fibre naturale. Acestea au capacitate de absorbție cuprinsă între

10 și 30 de kg de țiței per kg de material absorbant.[2]

Materialele grafenice prezintă caracteristici atrăgătoare pentru folosirea la depoluarea

apelor, cum sunt capacitate ridicată de absorbție a hidrocarburilor, densitate mică și

posibilitatea de a le recicla.

Fig. I.1 Frecvența accidentelor cu deversări de țiței

Fig. I.2 Numărul de deversări de țiței și produse petroliere în comparație cu cantitatea

transportată

I.1 Introducere

Pentru absorția hidrocarburilor se folosesc mai multe tipuri de materiale grafenice, cum

sunt grafitul exfoliat, fibre de lemn carbonizat, fibre de carbon și bureți de nanotuburi de

carbon (CNT). Alte materiale folosite sunt cărbuni obținuți din diferite plante cum sunt balsa

sau orezul.

Pentru aceste materiale se studiază metode mai eficiente de sinteză, precum și

proprietățile lor de absorbție, dar și de reciclare, selectivitate a absorbției față de hidrocarburi,

timpul necesar unei absorbții eficiente.

II Materiale grafenice

Materialele carbonice sunt compuse doar din atomi de carbon, dar prezintă o gamă

largă de proprietăți și structuri. Diamantul are o structură tridimensională, grafitul are o

structură plană, în timp ce fulerenele se comportă ca molecule. Grafitul este mult mai bun

conductor de electricitate decât diamantul și are o duritate atât de redusă încât se poate folosi

ca lubrifiant, pe când diamantul este cel mai dur material.

Clasificarea materialelor carbonice se poate face după mai multe criterii cum sunt

natura legăturilor între atomii de carbon, metoda de sinteză sau nanostructură. După natura

legăturilor între atomi, se disting diamantele (cu legături între atomi sp3), grafit (cu legături sp2

plane) și fulerene (cu orbitali sp2 curbați).[2]

Unii alotropi ai carbonului sunt prezentați în figura II.1

Clasificarea materialelor grafenice după nanostructură este prezentată în figura II.2

După perioada în care au fost dezvoltate, putem distinge materiale din carbon clasice,

noi și nanomateriale. Electrozii sintetici, nergul de fum și cărbunele activat pot fi incluse în

categoria materialelor clasice, pentru care au fost elaborate proceduri de sinteză înainte de

1960. După acestea au apărut fibre de carbon cu diferiți precursori, compuși izotropi de

densitate mare și materiale asemănătoare cu diamantul, produse din foi transparente de carbon,

iar cel mai recente sunt fulerenele, nanotuburile de carbon și foi de grafit cu grosime de câțiva

atomi.