патент
№ RU 2696982
МПК G01N31/22

ИНДИКАТОРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИИ РАЗЛИВОВ ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

Авторы:
Дедов Алексей Георгиевич Иванова Екатерина Александровна Марченко Дмитрий Юрьевич
Все (15)
Номер заявки
2019109829
Дата подачи заявки
03.04.2019
Опубликовано
08.08.2019
Страна
RU
Дата приоритета
19.04.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Иллюстрации 
2
Реферат

Изобретение относится к области обнаружения, идентификации и дистанционного мониторинга углеводородных загрязнителей водных сред и может быть использовано для экспрессного визуального обнаружения разливов и утечек жидких углеводородных топлив. Изобретение касается индикаторного элемента для обнаружения и идентификации разливов жидких углеводородов нефти и нефтепродуктов содержащего сорбент углеводородов, выполненный в виде индикаторной подложки из впитывающего материала, и твердофазный хромогенный носитель индикатора, выполненный в виде закрепленной путем прошивки на поверхности индикаторной подложки, по меньшей мере, одной нити, пропитанной, по меньшей мере, одним раствором индикаторного вещества, избирательно растворимого в углеводородах нефти и нефтепродуктов, но не растворимого в воде. Технический результат - упрощение конструкции индикаторного элемента, повышение чувствительности и надежности работы. 1 з.п. ф-лы, 2 пр., 1 табл., 3 ил.

Формула изобретения

1. Индикаторный элемент для обнаружения и идентификации разливов жидких углеводородов нефти и нефтепродуктов, характеризующийся тем, что он содержит сорбент углеводородов, выполненный в виде индикаторной подложки из впитывающего материала, и твердофазный хромогенный носитель индикатора, выполненный в виде закрепленной путем прошивки на поверхности индикаторной подложки, по меньшей мере, одной нити, пропитанной, по меньшей мере, одним раствором индикаторного вещества, избирательно растворимого в углеводородах нефти и нефтепродуктов, но не растворимого в воде.
2. Индикаторный элемент по п. 1, отличающийся тем, что индикаторная подложка выполнена из нетканого или тканого полимерного материала-сорбента.

Описание

Изобретение относится к области обнаружения, идентификации и дистанционного мониторинга углеводородных загрязнителей водных сред и может быть использовано для экспрессного визуального обнаружения разливов и утечек жидких углеводородных топлив.

Известны бортовые воздушные комплексы технических средств обнаружения и экологического мониторинга разливов нефти и нефтепродуктов на акваториях. Бортовой воздушный комплекс технических средств обнаружения и измерения разливов содержит радиометрический СВЧ датчик для обнаружения нефтеразливов, дополнительный пассивный датчик, приемник GPS и анализатор данных (RU 2411539, 2006).

Известны плавающие или погружные комплексы обнаружения и экологического мониторинга разливов нефти и нефтепродуктов на акваториях, содержащие находящийся в погружном, в частности, в подледном положении измерительный буй с набором контактирующих с водой датчиков регистрации нефтегенных загрязнений, радионуклидов и металлов нефтегенного происхождения, размещенные внутри герметичного буя компактный флуоресцентный лидар, программируемый контроллер с системами сбора, предварительной обработки и передачи данных, генерируемых контактирующими с водой датчиками и лидаром, на удаленные интерфейсы информационной системы (RU 2587109, 2006, RU 2521246, 2013).

Известно использование тепловизоров, устанавливаемых на беспилотный летательный аппарат, располагаемый в зависшем состоянии над зоной разлива. Тепловизор проводит съемку в виде ряда цифровых изображений, которые через приемно-передающее устройство беспилотного летательного аппарата в режиме реального времени передаются на пункт круглосуточного дистанционного наблюдения, где оцениваются параметры разливов нефти и нефтепродуктов. На основании полученных данных строятся прогнозные карты распространения разливов нефти и нефтепродуктов, которые в виде телеметрической информации передаются на экипажные или безэкипажные катера, осуществляющие развертывание в районе загрязнений боновых заграждений и последующий сбор нефти и нефтепродуктов (RU 2622721, 2006).

Недостатками известных технических решений являются большие затраты на проведение исследований, неоперативность и периодичность мониторинга. Запаздывание получения результата от момента отбора проб составляет в среднем 5-6 ч. При такой системе отсутствует постоянная достоверная информация о состоянии акваторий, а также промышленных сточных вод.

Из экспресс-тестов для обнаружения разливов нефтепродуктов известны индикаторные полоски MACHEREY-NAGEL (Water analysis. Rapid tests. Catalog MACHEREY-NAGEL. 2012. 162 p.), C.I. Agent (C.I. Agent solutions. Secondary containment & oil filtration solutions. CIAS-Catalog. 2017. 8 p.), позволяющие оперативно проводить обнаружение нефтяных загрязнений воды и почвы. Однако чувствительность этих тестов сильно зависит от природы соответствующих углеводородов, а в случае наличия летучих углеводородов результат необходимо считывать немедленно. К недостаткам этих индикаторных полосок следует отнести также низкую чувствительность, а также отсутствие возможности идентификации нефтепродуктов и отдельных классов углеводородов при смене окраски со светло-синего на темно-синий.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является индикаторный элемент, состоящий из подложки, индикатора и закрепленного на подложке белого впитывающего материала, а сам индикатор выполнен из мелкодисперсного красителя, растворимого в жидком углеводородном топливе, но не растворимого в воде, и размещен между подложкой и белым впитывающим материалом, при этом подложкой индикаторного элемента является гидроизоляционная непрозрачная пленка с липким слоем (RU 2564002, 2006).

К недостаткам известного индикаторного элемента относятся следующие:

а) низкая чувствительность (доли мл углеводородов), т.к. порошкообразный индикаторный элемент находится между слоями белого впитывающего материала, т.е. фактически изолирован, что затрудняет процесс проникновения углеводородной пленки к слою индикаторного порошка, расположенного внутри, следствием чего является снижение чувствительности и надежности обнаружения углеводородов;

в) сложность изготовления многослойной конструкции чувствительного элемента.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является упрощение конструкции индикаторного элемента, повышение чувствительности и надежности работы.

Указанная проблема решается тем, что индикаторный элемент для обнаружения и идентификации разливов жидких углеводородов нефти и нефтепродуктов содержит сорбент углеводородов, выполненный в виде индикаторной подложки из впитывающего материала, и твердофазный хромогенный носитель индикатора, выполненный в виде закрепленной путем прошивки на поверхности индикаторной подложки, по меньшей мере, одной нити, пропитанной, по меньшей мере, одним раствором индикаторного вещества, избирательно растворимого в углеводородах нефти и нефтепродуктов, но не растворимого в воде.

Целесообразно индикаторную подложку выполнять из нетканого или тканого полимерного материала-сорбента.

Достигаемый технический результат заключается в обеспечении идентификации различных классов углеводородов в рамках одного экспресс-теста и в повышении информативности определения микроколичеств углеводородного жидкого топлива на поверхности водной фазы в виде пленок или в объеме водной фазы в виде микроэмульсий за счет выполнения подложкой дополнительной функции сорбента углеводородов и красителя и, как следствие, формирования информативной картины об обнаруженных углеводородах для дальнейшего считывания с подложки и с индикаторных нитей. Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображен предлагаемый индикаторный элемент;

на фиг. 2 приведены спектры поглощения подложки индикаторных элементов и красителей на поверхности нитей (λ 380-720 нм на миниспектрофотометре Macbeth ilPro2 фирмы X-Rite, США), (на фиг. 2 приняты следующие обозначения: а - Судан II; b - Судан III; с - Судан IV; d - Судан черный Б; е - Медный комплекс 1-(2-Пиридилазо)-2-нафтола); f - подложка из полимера СПАН;

на фиг. 3 - спектры поглощения подложки индикаторных элементов и красителей на поверхности нитей (λ 380-720 нм на миниспектрофотометре Macbeth ilPro2 фирмы X-Rite, США), (на фиг. 3 приняты следующие обозначения: f - подложка из полимера СПАН; g - Нафтоловый красный; h - Тетразолиевый фиолетовый формазан; i - Трифенилформазан; j - Дитизонат цинка).

Предлагаемый индикаторный элемент для обнаружения и идентификации углеводородов нефти и нефтепродуктов состоит из индикаторной подложки 1 с одной (а) или несколькими (б) нитями 2.

Подложка 1 выполнена из впитывающего материала, например, из нетканого или тканого полимерного материала-сорбента - сополимера акрилонитриламетилмеакрилата (СПАН), полипропилена ПП и т.д.

Нити 2, содержащие красители, выполняют функцию твердофазного хромогенного носителя индикатора и закреплены на поверхности впитывающего материала индикаторной подложки 1 путем прошивки.

Твердофазный хромогенный носитель индикатора может быть выполнен в виде одной нити, пропитанной, одним раствором индикаторного вещества, растворимого в углеводородах нефти и нефтепродуктов, но не растворимого в воде, или нескольких индивидуальных нитей, пропитанных разными растворами индикаторных веществ, избирательно растворимых в углеводородах нефти и нефтепродуктов, но не растворимых в воде.

В качестве нитей могут быть использованы белые гидрофильные нити, например, нити, состоящие из хлопчатобумажных волокон.

Нити 2 пропитываются предварительно приготовленными растворами индикаторов-красителей, просушиваются и закрепляются на впитывающем материале путем прошивки параллельными рядами для лучшего отделения красителей друг от друга и, соответственно, лучшей дифференциации разных классов углеводородов нефти и нефтепродуктов.

В качестве индикаторов-красителей могут быть использованы хорошо растворимые в углеводородах нефти и в нефтепродуктах яркие красители, в том числе, выпускаемые химической промышленностью, а также их комплексы с Men+

Формулы красителей и их окраска, испытанные для обнаружения углеводородов нефти и нефтепродуктов в водных средах по предлагаемому изобретению, приведены ниже.

а) Нафтиловый красный;

б) Судан II(E)-1-((2,4-dimethylphenyl)diazenyl)naphthalen-2-ol);

в) Судан-III (1-((E)-4((Z)-phenyldiazenyl)phenyl)phenyldiazenyl)phenyl)-naphtalen-2-ol);

г) Судан-IV;

д) Судан черный Б (2,2-dimethyl-6-((E)-(4-((E)-phenyldiazenyl)naphthalene-1-yl)diazenyl)-2,3-dihydro-1H-perimidine);

е) Трифенил-формазан;

ж) Тетразолиевый фиолетовый формазан;

з) Дитизонат цинка Zn(C13H12N4S)2.

Селективность индикаторов-красителей относительно жидких нефтепродуктов и углеводородных растворителей, которые в той или иной степени входят в состав топлив, окрашенных растворов представлены в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что для изготовления универсального индикаторного элемента для обнаружения широкого ряда углеводородов, а также нефти и нефтепродуктов, наиболее целесообразно использовать дитизонат цинка, для ароматических углеводородов - Судан черный Б, а также нафтоловый красный и трифенилформазан; для легких н-, изо-, цикло- алканов и алкенов - Судан IV; для легких н-алканов и циклоалканов - нафтоловый красный.

В ходе взаимодействия с обнаруживаемым НП происходит растворение хромогенного индикатора с поверхности нити и перенос его на поверхность индикаторной подложки, в результате чего на поверхности индикаторной подложки возникает интенсивное окрашивание.

Для обеспечения дистанционного мониторинга водной поверхности и загрязнения акваторий нефтью и нефтепродуктами возможна доставка и сброс чувствительного к углеводородам нефти и нефтепродуктов (сенсоросодержащего) материала с использованием предложенного индикаторного элемента на водную поверхность с помощью беспилотного летательного аппарата (дрона). Дистанционное детектирование с помощью беспилотного летательного аппарата (дрона), находящегося в зависшем состоянии над зоной разлива, с установленной фото- или видеокамерой осуществляется путем записи цифровых изображений с камеры на устройства хранения информации дрона или передачи их через приемно-передающее устройство на пункт дистанционного мониторинга и оценки состояния разливов нефти или нефтепродуктов в режиме реального времени.

Изобретение поясняется и иллюстрируется примерами изготовления и использования твердофазного реагента в виде нитей, сенсорного материала с рядом индикаторов и индикаторных подложек.

Пример 1. Получение твердофазных реагентов и сенсорных материалов.

Готовят ацетоновые растворы нафтолового красного, Судана II, Судана III, Судана IV, Судана черного Б, трифенилформазана, тетразолиевого фиолетового формазана, дитизоната цинка с концентрацией 0,5 г/л. Нити равномерно пропитывают приготовленными растворами (получение твердофазных реагентов). Далее путем прошивки впитывающего материала полученными окрашенными нитями (твердофазными реагентами) готовят индикаторные полоски (матрица + окрашенная нить или нити) - сенсоры. Формулы полученных соединений представлены выше, а спектры поглощения подложки и красителя - на фиг. 2 и 3.

Как видно из приведенных спектров на фиг. 2 и фиг. 3, светопоглощение подложки в интервале длин волн видимой области спектра (400-700 нм) мало зависит от длины волны и представляет собой почти прямую линию, в отличие от спектров поглощения используемых красителей, что дает возможность использовать их спектральные характеристики для эффективного определения углеводородов нефти и нефтепродуктов.

Пример 2. Обнаружение нефтепродуктов с использованием предлагаемого изобретения.

Полоску индикаторного элемента приводят в контакт с анализируемой водой в течение 1-5 мин. При взаимодействии с обнаруживаемым нефтепродуктом происходит растворение хромогенного индикатора с поверхности нити и перенос его на индикаторную подложку, в результате чего на поверхности подложки возникает интенсивное окрашивание. Интерпретация результатов производится по табл. 1.

Окрашенное соединение на подложке фиксируют с использованием цифрового фотоаппарата или другого цифрового устройства дистанционной регистрации цветового сигнала цифровой камеры.

За счет красителя и выполнения подложкой дополнительной функции сорбента углеводородов происходит формирование общей информативной картины об обнаруженных углеводородах, пригодной для дальнейшего считывания, как с подложки, так и с индикаторных нитей, что обеспечивает повышение информативности определения углеводородов.

По изменению интенсивности окраски нити и подложки после контакта с водной средой, содержащей углеводороды, можно сделать предварительное заключение о количестве углеводородов.

Возможность использования нескольких индивидуальных нитей, пропитанных разными растворами индикаторных веществ, избирательно растворимых в углеводородах нефти и нефтепродуктов, но не растворимых в воде, обеспечивает идентификацию различных классов углеводородов в рамках одного экспресс-теста.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает упрощение изготовления индикаторного элемента, повышение чувствительности обнаружения (1-10 мкл углеводородов), надежности и информативности определения низких содержаний (микроколичеств) жидких углеводородов нефти и нефтепродуктов как загрязнителя водных сред, а также повышает достоверность идентификации различных классов углеводородов.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты