Эффективность использования синтетических моющих средств в очистке нефтяных загрязнений с поверхности пера

муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение города Новосибирска «Гимназия №13 имени Э.А.Быкова»

естественнонаучное направление

секция: химия и экология

Проект по химии

Тема:

«Эффективность использования синтетических моющих средств в очистке нефтяных загрязнений с поверхности пера»

Выполнили: Телепова Диана

Ручкина Карина,

ученицы 8б класса

Руководитель: Петрова Татьяна Сергеевна,

учитель химии высшей

квалификационной категории

Новосибирск 2018

Содержание:

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Введение ………………………………………………………...стр.3

2. Утечки нефти в России…………………………………………..стр.5

3. Особенности нефтяного загрязнения……………………….…..стр.7

4. Классификация и состав СМС…………………………………...стр.8

5. Состав СМС…………………………………………………….....стр.9

6. Принцип работы СМС, плюсы и минусы…………………….…стр.11

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Анкетирование для выбора популярных марок СМС…………стр.13

2. Исследование состава популярных СМС

(по составу, указанному на этикетке)…………………………..стр.13

1. Удаление нефтяного загрязнения с поверхности перьев

разных птиц………………………………………………………стр.15

1. Заключение……………………………………………………….стр.17

2. Список используемой литературы………………………………стр.18

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Введение

В настоящее время на планете сложилась такая ситуация, когда исчезают многие виды животных, рыб, птиц и других обитателей нашей планеты по вине человеческой деятельности. Одна из причин гибели животных это разлив нефти. Ж. Кусто писал: «Море стало сточной ямой, куда стекаются все загрязняющие вещества, которые сбрасывают такие отравители, как танкеры. Поэтому не следует удивляться, если мало-помалу из этой сточной ямы уходит жизнь». Новосибирская область является не исключением по нахождению нефтяных месторождений, территория которых проходит по сельской местности, и в расположении которых не редко происходят разливы нефти. Нефтью загрязняются не только почвы, водоемы, но и животные, которые случайно оказались в месте разлива.

Рис. 1. Схема расположения основных месторождений Новосибирской области

Месторождения: 1 – Межовское, 2 – Восточно-Межовское; 3 – Веселовское (газовое); 4 – Малоичское; 5 – ВерхТарское; 6 – Ракитинское; 7 – Тай-Дасское; 8 – Восточно-Тарское; 9 – Восточное. В границы полигона входят все лицензионные участки.

Известно огромное число методик удаления нефтяных загрязнений с поверхности воды, однако, рекомендациям по снятию нефтяных пятен с поверхности животных не уделено должного внимания. Анализу эффективности использования различных марок СМС и посвящен наш проект.

Целью нашего проекта является определение качественного состава наиболее эффективных марок СМС, сравнить их химический состав и вычислить химические компоненты, способствующие эффективному удалению нефтяных загрязнений с поверхности пера.

Для достижения цели поставили перед собой следующие задачи:

• Определиться в понимании необходимости и неизбежности увеличения объемов использования нефти и нефтепродуктов на современном этапе.

• Изучить методики проведения очистки нефтяных загрязнений.

• Найти оптимальный путь удаления нефтяных загрязнений с поверхности пера, используя СМС.

• Изучить механизм действия СМС по отношению к уменьшению поверхностного натяжения нефти.

1. Утечки нефти в России.

Мир не может забыть катастрофу 2010 года, когда после взрыва на платформе Deepwater Horizon, принадлежащей британской компании BP, в Мексиканский залив попало более 4.9 миллионов баррелей нефти. В результате деятельности российской нефтяной промышленности на землю ежегодно попадает свыше 30 миллионов баррелей нефти — это в семь раз больше, чем вылилось во время бедствия на Deepwater Horizon — и все это зачастую держится в строжайшем секрете от общественности. Каждые 18 месяцев более четырех миллионов баррелей нефти попадают в Северный Ледовитый океан, приобретая масштаб общечеловеческой проблемы.

По оценкам экологов, ежегодно в России во внешнюю среду попадает не менее 1% добываемой в стране за год нефти. Это составляет пять миллионов тонн, то есть равносильно тому, что утечка при взрыве нефтяной платформы Deepwater Horizon происходила бы раз в два месяца. Разрушающаяся инфраструктура и суровый климат дополняют катастрофическую ситуацию в этой стране, являющейся крупнейшим производителем нефти, которая обеспечивает 13% ее мировой добычи.

Нефть, постоянно просачивающаяся через ржавые трубопроводы и старые скважины, загрязняет почву, убивает все растущие на ней растения, разрушает среду обитания для млекопитающих и птиц. По признанию правительства, полмиллиона тонн нефти ежегодно попадают в реки, впадающие в Северный Ледовитый океан, нарушая хрупкий экологический баланс в этих водах.

Разлив нефти в России выглядит менее эффектно, чем катастрофа в Мексиканском заливе или на Северном море; оно происходит как незаметная, капля за каплей, утечка сырой нефти, а не как внезапный взрыв. Однако в итоге нефти разливается больше, чем в любой другой нефтедобывающей стране, в том числе в пораженной восстаниями Нигерии; и в общей сложности, по словам ученых, намного больше, чем в любом другом месте земного шара.

«Нефть и нефтепродукты разливаются буквально каждый день», - говорит д-р Григорий Баренбойм, старший научный сотрудник Института водных проблем при Российской Академии Наук.

Доступных цифр о размахе у нефти в России нет, однако, по оценкам Гринписа, в этой стране, производящей примерно 500 миллионов тонн нефти в год, в результате утечек во внешнюю среду попадает не менее 5 миллионов тонн нефти ежегодно.

Эта вызывающая изумление цифра, никаких пояснений к которой министерство не предоставило, видимо, частично объясняется тем, что самые мелкие утечки в России обычно не входят в отчеты. В соответствии с  российским законодательством, утечка менее восьми тонн классифицируется как «случайность» и не влечет за собой штрафных санкций.

Погодные условия в большинстве нефтяных областей очень суровые, температура воздуха зимой, как правило, опускается ниже минус 40 градусов. Это делает трубы хрупкими, и в условиях, когда за их состоянием не следят и не меняют регулярно, они подвержены частым прорывам.

Россия оказывается самым крупным в мире источником загрязнения окружающей среды нефтью.  

В 1994 году республика Коми, где в 60 километрах к югу от Полярного Круга находится Усинск, стала жертвой крупнейшего в России разлива нефти – из устаревшего трубопровода вылилось, по оценкам, 100 тысяч тонн нефти.

В результате разлива нефти погибли растения и животные, две местные реки оказались загрязнены на расстоянии до 40 километров, рыба гибла тысячами. В наиболее пострадавших поселках частота респираторных заболеваний на следующий год после утечки подскочила примерно на 28%.

Иван Блоков, директор программ «Гринпис-Россия», изучивший вопрос разлива нефти, говорит, что ситуация в Коми не единичка: то же самое происходит во всех нефтедобывающих районах России – от Черного моря на юго-западе до китайской границы на российском Дальнем востоке. Беда в том, что аварии происходят и на совершенно новых трубопроводах.

Нефтяная промышленность в Коми отравляет природу в течение многих десятков лет, убивая или вынуждая уйти из этих мест северных оленей и рыбу. Местные жители, опасаются, что, когда большая нефть уйдет, после нее здесь останется лишь отравленная пустыня.

3.Особенности нефтяного загрязнения

Нефть, попадая на поверхность воды, образует тонкую пленку не только на поверхности воды, но также и на поверхности тела животных, находящихся в это время в воде.

Поверхностные слои жидкости, в том числе и нефтяные, обладают несколько иными свойствами, чем внутренние слои жидкости. Молекулы внутренних слоев равномерно окружены со всех сторон такими же точно молекулами, и, следовательно, силы притяжения их взаимно уравновешиваются. Молекулы поверхностного слоя оказываются под действием сил притяжения преимущественно со стороны жидкости, вследствие чего они как бы втягиваются внутрь жидкости. Эта особенность поверхностных молекул связана, таким образом, с внутренним давлением.

Под влиянием внутреннего давления поверхностный слой стремится сократиться. Отсюда стремление жидкости уменьшить поверхность при неизменном объеме, например, этим объясняется сферическая форма капель.

Наличием силы поверхностного натяжения и объясняется сокращение нефтяной пленки. Сила поверхностного натяжения, сокращая поверхностный слой, придает капле жидкости форму шара, вызывает слипание намоченных водой и нефтью волос, слипание мокрого песка. Вектор силы поверхностного натяжения F направлен перпендикулярно к любому элементу длины линии, ограничивающей поверхность жидкости, и касательно к этой поверхности. В случае, если поверхность жидкости плоская, то вектор силы поверхностного натяжения лежит в плоскости поверхности жидкости.

Наличие примесей различных веществ в жидкостях влияет на величину поверхностного натяжения. Многие вещества, главным образом органические, понижают поверхностное натяжение. Их называют поверхностно-активными (белки, желчные кислоты, спирты, мыла, сложные эфиры, альдегиды, кетоны, танниды и др.). Вещества, наличие которых существенно не влияет на поверхностное натяжение, называются поверхностно-неактивными (глюкоза, фруктоза, крахмал и др.). Уменьшение поверхностного натяжения имеет большое значение в процессах всасывания жидких питательных веществ эпителием.

1. Классификация и состав СМС

СИНТЕТИЧЕСКИЕ МОЮЩИЕ СРЕДСТВА - многокомпонентные композиции, применяемые в водных растворах для интенсификации удаления загрязнений с различных твердых поверхностей - тканей, волокон, металлов, стекла, керамики. В более узком смысле под синтетическими моющими средствами обычно понимают бытовые средства для стирки белья и одежды.

Все СМС классифицируются по форме выпуска: порошкообразные, жидкие, пасто- и кремообразные.

80% выпускаемых СМС составляют различные составы для стирки. Из них 80% – порошкообразные. Стиральные порошки подразделяются на высокопенные (для ручной стирки) и низкопенные (для машинной). Также на средстве может быть пометка, для стирки в воде какой температуры оно предназначено.

В зависимости от предназначения СМС бывают:

1. Для хозяйственных нужд. Это средства для мытья посуды, чистки, мытья окон и др. Они могут выпускаться в любой форме.

2. Для туалетных целей. Это косметика для гигиены человека: шампунь, жидкое мыло, гель для душа.

3. Стиральные порошки.

Последние подразделяются в зависимости от назначения:

• Для шерсти и шелка. Обеспечивают бережную стирку и отсутствие деформации (РН -7-8,5)

• Универсальные. Их можно использовать для стирки натуральных и синтетических тканей. Идентификация по цвету материала обычно отсутствует (РН 9-9,5).

• Для натуральных тканей. Порошок предназначен для стирки льна и хлопка. (РН -10-11,5)

• Для удаления сильных загрязнений. Особенно агрессивные порошки, предназначенные для стирки спецодежды.

Чтобы сделать правильный выбор нужно понимать, что одно и то же средство нельзя использовать всестороннее. Это может привести к порче имущества и повышенному износу вещей.

1. Состав СМС

Часто в магазине можно встретить покупателей, пытающихся изучать состав моющего средства. Это полезный навык, но состав нужно уметь не только читать, но и понимать: какие компоненты за что отвечают, чем они отличаются, особенности. Приобретая синтетические моющие средства, состав следует искать на этикетке. И чтобы различные аббревиатуры не ввели в ступор, стоит знать, что скрывается за перечнем букв и странными словами.

Любое СМС состоит из органических и неорганических соединений. В составе можно обнаружить:

1. ПАВ. Поверхностно-активные вещества обеспечивают разложение любой грязи на составляющие и гарантируют качественную стирку. ПАВ бывают: анионактивные (для стирки натуральных тканей), катионактивные (обладают дезинфицирующими и смягчающими свойствами) и неионогенные (очищают синтетические волокна). Современные ПАВ биоразлагаемы на 90%.

2. Энзимы. Аналог животных ферментов. Отвечают за удаление крови, остатков пищи. Теряют эффективность при температуре выше 40°С.

3. Отбеливатели. Устраняют загрязнения путем окисления.

4. Полимеры. Обычно это карбоксиметилцеллюлоза, она препятствует оседанию грязи на ткани, то есть сохраняет ее чистоту после стирки.

5. Силикаты и поликарбоксилаты. Вещества, обеспечивающие защиту стиральной машины.

6. Добавки: сульфат натрия (обеспечивает сыпучесть), стабилизаторы пены, красители, ароматизаторы.

Большинство компонентов можно встретить не только в составах для стирки, но и гелях для душа, средствах для гигиенической чистки, сантехники. В этом нет ничего страшного, каждое вещество выполняет свою функцию. Кроме того, ведущие производители регулярно проводят испытания безопасности средств.

ТАБЛИЦА ОСНОВНЫХ ИНГРЕДИЕНТОВ СМС И ПРИНЦИП ИХ ДЕЙСТВИЯ

1. Принцип работы СМС, плюсы и минусы

Чтобы использование синтетических моющих средств всегда удовлетворяло потребности, нужно понимать, за счет чего работает тот или иной состав. ПАВ – основной активный компонент, именно он отвечает за чистоту поверхностей, вещей.

Принцип образования любых загрязнений основан на противодействии воды и жиров. Эти вещества не растворяются друг в друге. За счет этого и образуются трудноудаляемые загрязнения.

ПАВ имеют 2 «полюса»: гидрофильный и гидрофобный. Первый, соответственно, соединяется с водой, второй – с жирами. Благодаря взаимодействию веществ жиры и вода перестают вступать в конфронтацию и превращаются в эмульсию. А такой однородный состав удалить уже гораздо проще.

Принцип работы моющего средства можно смоделировать и самостоятельно. Для этого на тарелку стоит нанести несколько капель масла и воды. Обе субстанции будут сопротивляться смешиванию. Но если к ним добавить немного средства для мытья посуды, то оба вещества смешаются, превратятся в эмульсию и легко удалятся даже без механического воздействия.

Сегодня, на волне интереса ко всему натуральному, на рынке появляются органические моющие средства. И каждой хозяйке нужно принять решение, чему отдать предпочтение: давно знакомому стиральному порошку или составу на основе, например, мыльных орехов. Для этого нужно выяснить, чем отличаются органические и синтетические моющие средства, преимущества и недостатки обоих.

Плюсы СМС:

1. Низкая стоимость. Использование дешевого сырья делает СМС доступными. Органика же стоит значительно дороже.

2. Синтетические средства практически не взаимодействуют с солями, растворенными в воде. Образующиеся соединения легко вымываются.

3. Современные стиральные порошки качественно очищают ткань при стирке в жесткой и даже морской воде.

4. Эффективны в воде низкой температуры. Этим не могут похвастать органические составы.

Минусы СМС:

1. Ненатуральный состав. Основные действующие вещества – продукт переработки нефти.

2. Неполная биоразлагаемость. Органические составы меньше вредят окружающей среде.

Часто синтетические моющие средства обвиняют в том, что составы провоцируют появление кожных реакций. Аллергию или дерматит может спровоцировать любое вещество, чужеродное человеческому организму. Чтобы избежать такой проблемы, необходимо тщательно полоскать белье и удалять остатки чистящего порошка с поверхностей, а посуду ополаскивать под проточной водой. Чтобы выбрать подходящее моющее средство, способное удовлетворить все запросы, необходимо внимательно изучить все стороны вопроса. И только тогда можно принять решение, стирать и чистить дом по старинке или воспользоваться новейшими научными разработками.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Анкетирование для выбора популярных марок СМС ( опрошено 83 человека разного возраста)

1. Исследование состава популярных СМС (по составу, указанному на этикетке)

3.Удаление нефтяного загрязнения с поверхности перьев разных птиц

3.1. Приготовление растворов мыльных средств (2г средства растворили в 50 мл воды)

3.2.Опускаем перья в нефть

КУРИНЫЕ ГОЛУБИНЫЕ

ГУСИНЫЕ

3.3. Помещаем перья в мыльные растворы, оставляем на 15 мин. Помешиваем перья в растворе.

куриные

гусиные

голубиные

3.4. Перья промываем проточной водой, высушиваем и проводим контрольную линию по белому листу бумаги.

Куриные перья Гусиные перья Голубиные перья

1. Заключение

1. В ходе данного проекта мы определили, что наиболее эффективным средством для удаления нефтяных загрязнений с поверхности пера является марка Fairy.

2. Изучив механизм действия СМС, мы определили, что они уменьшают поверхностное натяжение, т.к. в их состав входят ПАВ.

3. Fairy оказался лучшим, т.к. в его состав входит пропиленгликоль (C₃H₈O₂) , который является растворителем, гидроксид натрия (NaOH) – омыватель жиров, оксид лаурамина (C₁₄H₃₁NO) - очищение синтетических волокон, которые в составе других моющих средств обнаружены не были.

1. Список используемой литературы.

1. http://studbooks.net/1543279/marketing/sostav_sinteticheskih_moyuschih_sredstv

2. Шейхет Ф.И. Материаловедение химикатов, красителей и моющих средств. – М., «Легкая индустрия», 1999г.

3. Химмрих Й., Скрипцак В.Система ПАВ для бытовых чистящих средств, не повреждающих кожу // Sofw -Jornal (русская версия). 2002. №2.

4. Бочаров В.В.Эколого-гигиеническая оценка ПАВ -основы СМС и ТБХ // Бытовая химия. 2002. № 10.

5. http://www.catalogmineralov.ru/deposit/novosibirskaya_oblast/

Портфолио проекта

Проект: «Эффективность использования синтетических моющих средств в очистке нефтяных загрязнений с поверхности пера»

Участники проекта: Телепова Диана, Ручкина Карина

Консультант проекта: учитель высшей категории Петрова Татьяна Сергеевна

Класс: 8 Б

Название учебного заведения: МБОУ «Гимназия № 13 имени Э.А.Быкова»

Предметная область: химия, экология

Время работы над проектом: январь 2016г. – март 2016г.

Формулировка проблемы: В настоящее время на планете сложилась такая ситуация, когда исчезают многие виды животных, рыб, птиц и других обитателей нашей планеты по вине человеческой деятельности. Одна из причин гибели животных это разлив нефти. Новосибирская область является не исключением по нахождению нефтяных месторождений, территория которых проходит по сельской местности, и в расположении которых не редко происходят разливы нефти. Нефтью загрязняются не только почвы, водоемы, но и животные, которые случайно оказались в месте разлива. Известно огромное число методик удаления нефтяных загрязнений с поверхности воды, однако, рекомендациям по снятию нефтяных пятен с поверхности животных не уделено должного внимания. Анализу эффективности использования различных марок СМС и посвящен наш проект.

Цель проекта: определение качественного состава наиболее эффективных марок СМС, способствующие эффективному удалению нефтяных загрязнений с поверхности пера

Задачи проекта:

• подбор и анализ литературы по данной теме;

• получение практических навыков при работе с лабораторной посудой;

• определиться в понимании необходимости и неизбежности увеличения объемов использования нефти и нефтепродуктов на современном этапе.

• изучить методики проведения очистки нефтяных загрязнений.

• найти оптимальный путь удаления нефтяных загрязнений с поверхности пера, используя СМС.

• изучить механизм действия СМС по отношению к уменьшению поверхностного натяжения нефти.

• обобщение и выводы на основе результатов наблюдения.

Тип проекта: поисковый, исследовательский, экологический

Используемые технологии: технология действия СМС на органический загрязнитель, проведение социологического опроса.

Форма продукта проекта: практические рекомендации по применению СМС для очистки перьев, рекомендации для выбора наиболее эффективного моющего средства, мультимедийная презентация по теме проекта, которая может быть использована в учебном процессе при изучении соответствующих тем.

Содержание: Изучены месторождения нефти на территории Новосибирской области, рассмотрены особенности нефтяного загрязнения, классификация, состав и принцип действия различных синтетических моющих средств. Исследован состав популярных СМС, выбрано наиболее эффективное средство для удаления нефтяного загрязнения с поверхности перьев разных птиц.

Исследование:

1. Анкетирование для выбора популярных марок СМС ( опрошено 83 человека разного возраста);

2. Исследование состава популярных СМС (по составу, указанному на этикетке);

3. Удаление нефтяного загрязнения с поверхности перьев разных птиц

Область применения результатов проекта:

- экологическая: помощь птицам в удалении нефти с поверхности перьев;

- учебная: изучение механизма действия ПАВ на органический загрязнитель;

- бытовая: умение выбрать наиболее эффективное СМС, анализируя состав на упаковке.

Результативность:

- исследованы марки наиболее популярных СМС ( по результатам анкетирования);

- обоснован выбор эффективного СМС для удаления нефтяного загрязнения с поверхности перьев разных птиц, обитающих на территории НСО вблизи нефтяных месторождений;

- интерес со стороны учащихся 8 классов гимназии №13 к технологии очистки поверхности пера, а в дальнейшем - шерсти различных животных, обитающих на территории НСО вблизи нефтяных месторождений.