Исследование структурных параметров нефтяных кислот и оценка их экологической опасности

Исследование структурных параметров нефтяных кислот, выделенных из нефти месторождения Приозерное и оценка их экологической опасности.

Объектом исследования являлись нефтяные кислоты, выделенные из нефти месторождения Приозерное. Исследования проводились с привлечением современных инструментальных методов: ИКС, ЯМР¹³С, ЯМР¹Н, элементный анализ.

Подтверждена окисленность исследуемой нефти. Экстракцией дихлорметаном и последующим анализом органической вытяжки с помощью ИК Фурье‐спектрометрии доказано присутствие нефтяных кислот в водной фазе, что представляет серьезную угрозу живым организмам, обитающим в почве и природных водоемах данного региона. Установлены структурные параметры «средних» молекул нефтяных кислот, выделенных методом выщелачивания из трех дистиллятных фракций данной нефти. Установлено, что полученные продукты имеют молекулярную массу 294–574 а.е.м. и содержат от 20 до 40 атомов углерода, большая часть которых входит в состав нафтеновых структур. Наряду с нефтяными кислотами в состав продуктов выщелачивания входят неомыляемые компоненты.

Сравнение структурных параметров «средних» молекул продуктов, выделенных из фракций исследуемой нефти, с данными описанными в научной литературе позволяет квалифицировать кислоты, содержащиеся в нефти месторождения Приозерное, как вещества с повышенной токсичностью, что требует поиска путей решения проблемы обеспечения экологической безопасности данного региона.

1. Avalbaev G., Kadirov Sh. Oil pollution problems // Universum: технические науки. 2021. Вып. 11(92). Ч. 6. С. 72–74. https://doi.org/10.32743/UniTech.2021.92.11

2. Khartukov E.M. Oil pollution and oil clean‐up in Russia and the world // Евразийское пространство: экономика, право, общество. 2021. N 2. С. 42–49.

3. Абдусамадов А.С., Панарин А.П., Магомедов А.К., Коваленко Л.Д., Гусейнова Б.Р., Дохтукаева А.М., Дудурханова Л.А. Растворимость и деструкция нефти в морской воде // Юг России: экология, развитие. 2012. Т. 7. N 1. С. 165–166. https://doi.org/10.18470/1992‐10982012‐1‐165‐166

4. Wu C., De Visschera A., Gatesa I.D. On naphthenic acids removal from crude oil and oil sands process‐affected water // Fuel. 2019. V. 253. N 10. P. 1229–1246. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.05.091

5. Bauer A.E., Hewitt L.M., Parrott J.L, Frank R.A. The toxicity of organic fractions from aged oil sands processaffected water to aquatic species // Science of The Total Environment. 2019. V. 669. N 6. P. 702–710. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.03.107

6. Wu C., De Visscher A., Gates I.D. On naphthenic acids removal from crude oil and oil sands process‐affected

7. water // Fuel. 2019. V. 253. N 10. P. 1229–1246. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.05.091

8. Ripmeester M.J., Duford D.A. Method for routine «naphthenic acids fraction compounds» determination in oil sands process‐affected water by liquid‐liquid extraction in dichloromethane and Fourier‐Transform Infrared Spectroscopy // Chemosphere. 2019. V. 233. P. 687–696. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.05.222

9. Kovalchik K.A., MacLennan M.S., Peru K.M., Headley J.V., Chen D.D.Y. Standard method design considerations for semi‐quantification of total naphthenic acids in oil sands process affected water by mass spectrometry: A review // Frontiers of Chemical Science and Engineering. 2017. V. 11. N 3. P. 497–507. https://doi.org/10.1007/s11705‐017‐1652‐0

10. Colati K.A.P., Dalmaschio G.P., De Castro E.V.R., Gomes A.O., Vaz B.G., Romão W. Monitoring the liquid/liquid extraction of naphthenic acids in brazilian crude oil using electrospray ionization FT‐ICR mass spectrometry (ESI FTICR MS) // Fuel. 2013. V. 108. N 6. P. 647–655. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.02.007

11. Peru K.M., Thomas M.J., Palacio Lozano D.C., Headley J.V., Barrow M.P Characterization of oil sands naphthenic acids by negative‐ion electrospray ionization mass spectrometry: Influence of acidic versus basic transfer solvent // Chemosphere. 2019. V. 222. N 5. P. 1017–1024. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.01.162

12. Liang H., Zou C. Adsorption of naphthenic acids from oil sand process‐affected water with water‐insoluble poly (β‐cyclodextrin‐citric acid) // Canadian Journal of Chemical Engineering. 2019. V. 97. N 6. P. 1894–1902. https://doi.org/10.1002/cjce.23452

13. Benally C., Messele S.A., Gamal El‐Din M. Adsorption of organic matter in oil sands process water (OSPW) by carbon xerogel // Water Research. 2019. V. 154. N 5. P. 402–411. https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.01.053

14. Simonsen G., Strand M., Norrman J., Øye G. Aminofunctionalized iron oxide nanoparticles designed for adsorption of naphthenic acids // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2019. V. 568. N 5. P. 147–156. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.02.010

15. Петросян В.С., Яшина Н.С., Богдашкина В.И. Применение ЯМР Н(1) и С(13) для анализа состава нефти // Нефтехимия. 1979. Т. 19. C. 74–83.

16. Петросян В.С., Богдашкина В.И., Демьянов П.И., Лебедев А.Т., Хименес М.П., Яшина Н.С. Физикохимический анализ органических токсикантов в природных водах // Успехи химии. 1990. Т. 60. C. 661– 666.

17. Rowland S.J., West C.E., Scarlett A.G., Kwong L., Tonkin A. Monocyclic and monoaromatic naphthenic acids: Synthesis and characterization // Environmental Chemistry Letters. 2011. V. 9. N 4. P. 525–533. https://doi.org/10.1007/s10311‐011‐0314‐6

18. West C.E., Scarlett A.G., Pureveen J., Tegelaar E.W., Rowland S.J. Abundant naphthenic acids in oil sands process‐affected water: Studies by synthesis, derivatisation and two‐dimensional gas chromatography/high‐resolution mass spectrometry // Rapid Communications in Mass Spectrometry. 2013. V. 27. N 2. P. 357–365. https://doi.org/10.1002/rcm.6452 18. Wilde M.J., West C.E., Scarlett A.G., Hewitt L.M., Rowland S.J. Bicyclic naphthenic acids in oil sands process water: Identification by comprehensive multidimensional gas chromatography‐mass spectrometry // Journal of Chromatography A. 2015. V. 1378. N 1. P. 74–87. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2014.12.008

19. Brown L.D., Ulrich A.C. Oil sands naphthenic acids: A review of properties, measurement, and treatment // Chemosphere. 2015. V. 127. N 5. P. 276–290. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2015.02.003

20. Каюкова Е.П., Юровский Ю.Г. Нефтепроявления у озера Тобечик (Керченский полуостров, Крым) // Труды Крымской Академии наук. 2017. С. 63–76.

21. Бочарников А.А. Влияние нефтяных месторождений на экологическое состояние ландшафтов Юговосточной части Керченского полуострова // В сборнике: Актуальные проблемы биоразнообразия и природопользования. Материалы II Национальной научно‐практической конференции, посвященной 20летию кафедры экологии моря ФГБОУ ВО «КГМТУ», 2019. С. 287–292.

22. Headley J.V., Peru K.M., Fahlman B., Colodey A., McMartin D.W.. Selective solvent extraction and characterization of the acid extractable fraction of Athabasca oils sands process waters by Orbitrap mass spectrometry // International Journal of Mass Spectrometry. 2013. V. 345–347. P. 104–108. https://doi.org/10.1016/j.ijms.2012.08.023

23. Hagen M.O., Katzenback B.A., Islam M.D.S., Gamal ElDin M., Belosevic M. The analysis of goldfish (Carassius auratus L.) innate immune responses after acute and subchronic exposures to oil sands process‐affected water // Toxicological Sciences. 2014. V. 138. N 11. P. 59–68. https://doi.org/10.1093/toxsci/kft272

24. Scarlett A.G., Reinardy H.C., Henry T.B., West C.E., Frank R.A., Hewitt L.M., Rowland S.J. Acute toxicity of aromatic and non‐aromatic fractions of naphthenic acids extracted from oil sands process‐affected water to larval zebrafish // Chemosphere. 2013. V. 93. N 2. P. 415–420. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2013.05.020

25. Toor N.S., Han X., Franz E., MacKinnon M.D., Martin J.W., Liber K. Selective biodegradation of naphthenic acids and a probable link between mixture profiles and aquatic toxicity // Environmental Toxicology and Chemistry. 2013. V. 32. N 10. P. 2207–2216. https://doi.org/10.1002/etc.2295

26. Scarlett A.G., West C.E., Jones D., Galloway T.S., Rowland S.J. Predicted toxicity of naphthenic acids present in oil sands process‐affected waters to a range of environmental and human endpoints // Science of The Total Environment. 2012. V. 425. N 5. P. 119–127. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.02.064

27. van den Heuvel M.R, Hogan N.S, MacDonald G.Z., Berrue F., Young R.F., Arens C.J, Kerr R.G., Fedorak P.M. Assessing accumulation and biliary excretion of naphthenic acids in yellow perch exposed to oil sands‐affected waters // Chemosphere. 2014. V. 95. N 1. P. 619–627. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2013.10.021

28. Rogers V.V., Wickstrom M., Liber K., MacKinnon M.D. Acute and subchronic mammalian toxicity of naphthenic acids from oil sands tailings // Toxicological Sciences. 2002. V. 66. N 4. P. 347–355. https://doi.org/10.1093/toxsci/66.2.347