Oil-absorbing properties of bark of woody plants on the example of Scotch pine

Abstract

Специфика распространения нефти и нефтепродуктов после попадания в лесные экосистемы определяется в том числе нефтесорбирующими свойствами (нефтеемкостью) древесной коры, которые изучены недостаточно. Цель работы заключалась в изучении этих свойств на примере сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.). Из цельных кусков коры выпиливали образцы 2×2 см, которые высушивали до естественной влажности и замачивали на время от 1/4 до 8 часов в водонефтяных смесях при концентрации нефти 0, 1, 10, 50 и 100 %. После замачивания образцы подвергали подсушиванию и периодическому взвешиванию в течение более 20 суток. На сканированных изображениях оценивали глубину проникновения в кору темных фракций нефти. Выборочно методом ИК-спектрометрии определяли массовую концентрацию нефти в коре. Серия опытов позволила установить следующие результаты. Влагоемкость коры при замачивании в чистой воде выше, чем при замачивании в чистой нефти. Жидкость наиболее интенсивно впитывается в кору в течение первых двух - четырех часов и проникает вглубь с внешней стороны (поперек пластинок) на 0,1-2 мм, а с боковой стороны и через трещины - на 2-14 мм. Чем моложе и ровнее кора, тем тоньше слой загрязнения. Кора впитывает от 0,8 до 3,1 г водонефтяных смесей на 1 г коры (8,3-42,4 мг/см). После высушивания образцов с сорбированной водонефтяной жидкостью в коре остается около 25 % ее первоначального объема. Скорость выветривания воды и легких фракций нефти в лабораторных условиях (под тягой) максимальна в первые один-два дня. Выявлена нелинейная зависимость между исходной концентрацией нефти и ее сорбцией. Для объяснения предложены гипотезы, основанные на допущении о физико-химических взаимодействиях нефти, воды и коры. The specific nature of oil and petroleum product distribution after release into forest ecosystems is determined, inter alia, by the oil-absorbing properties (oil capacity) of tree bark, which have not been studied enough. The aim of the work was to study these properties on the example of Scotch pine. From its whole pieces, square samples of 2×2 cm were sawn out, which were dried to natural moisture and soaked for a period of 1/4 to 8 hours in water-oil mixtures with an oil concentration of 0, 1, 10, 50 and 100 %. After soaking, the samples were subjected to drying and periodic weighing for more than 20 days. Scanned images were used to evaluate the depth of penetration of dark oil fractions into the bark. The mass concentration of oil products in the bark selectively was determined by IR spectrometry. A series of experiments allowed to establish the following results. The moisture capacity of the bark when soaked in pure water is higher than the oil capacity when soaked in pure oil. The liquid is most intensively absorbed into the bark during the first 2-4 hours and it penetrates deep into the bark from its outer side (across the plates) by 0.1-2 mm, and from the side and through cracks by 2-14 mm. The younger and smoother the bark, the thinner the layer of pollution. The bark absorbs from 0.8 to 3.1 g of water-oil mixtures per 1 g of bark (8.3-42.4 mg/cm2). After drying samples with sorbed oil-water liquid, about 25 % of its original volume remains in the bark. The rate of weathering of water and light fractions of oil under laboratory conditions (under traction) is maximum in the first 1-2 days. A nonlinear dependence between the initial concentration of oil and its sorption was revealed. Hypotheses based on the assumption of physical and chemical interactions of oil, water and bark are proposed for explanation.