Ученые ИТМО создали недорогой и эффективный гибридный сорбент для очистки сточных вод от опасных тяжелых металлов ― ионов свинца и кобальта. Ноу-хау обладает флуоресценцией, позволяющей отслеживать заполняемость активных участков сорбента металлами и своевременно выполнять его замену. После очистки сточных вод новый сорбент не приходит в негодность: его можно восстанавливать с помощью слабого раствора кислоты и использовать повторно, до трех раз. Еще одна уникальная особенность заключается в том, что сорбент справляется с загрязнителями даже в воде с высокой кислотностью и высокой температурой. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal.
Свинец и кобальт, применяющиеся в промышленности, токсичны не только для окружающей среды, но и для человека: их накопление в тканях нашего организма провоцирует его отравление и увеличивает риск развития сердечно-сосудистых заболеваний. Существующие методы очистки сточных вод (мембраны, химические агенты и др.) имеют ряд принципиальных недостатков: очень высокая стоимость, повторное загрязнение воды, слишком сложные и специфичные условия, необходимые для протекания реакции и т.д. Использование адсорбентов ― еще один популярный способ очистки. Ученым ИТМО удалось создать новый гибридный экологичный сорбент, позволяющий избежать вредного воздействия на окружающую среду.
Разработка ИТМО представляет собой гибридный материал на основе углеродных точек и диоксида кремния, обладающих сорбционными свойствами, но не лишенных недостатков. Совместив положительные качества обоих компонентов (пористость, недорогая стоимость, наличие функциональных групп), ученые нивелировали их недостатки.
Эксперименты показали, что благодаря новому сорбенту максимальное количество адсорбированных свинца и кобальта составило 258±4 мг/г и 168±6 мг/г соответственно. Сорбент был протестирован также и в неблагоприятных условиях (высокие температура и кислотность воды). Уровень поглощения загрязнителей снизился вдвое от максимальных значений, но сорбент все еще остался эффективным, сообщили в ИТМО.
Подробнее о разработке корреспонденту «Научной России» рассказал младший научный сотрудник лаборатории EnergyLab Университета ИТМО Егор Рябченко.
«Занимаясь прикладными исследованиями, нужно всегда задаваться вопросом, правильно ли выстроена работа, приведет ли она к тому, что итоговый продукт будет воспроизводиться вне лабораторных условий. В самом начале мы собрали все возможные ошибки — это и проблемы с аппаратурой, и неточные расчеты, которые не позволяли синтезировать высококачественный продукт. Решив эти трудности, нам удалось усовершенствовать результаты и добиться главного критерия качества научной публикации — воспроизводимого результата. Сорбенты используются повсеместно: похожие порошки часто добавляют в состав очистительных кассет. На производстве обычно используются более продвинутые установки, как со статичной загрузкой адсорбента, так и с последовательным вводом материала. Наш сорбент отличается достаточно низкой себестоимостью и простотой установки, поэтому для его использования будет достаточно классического оборудования для абсорбции. Кстати, кобальт и свинец часто встречаются в почве, оказывая разрушительное влияние на экосистемы и здоровье населения. В перспективе, после проведения опытно-промышленных испытаний, мы рассчитываем расширить спектр использования сорбента и очищать с его помощью не только воду, но и почву».
В дальнейших планах ученых ― провести новые исследования с другими комбинациями углеродных точек, чтобы выяснить, как изменения условий синтеза влияют на конечный продукт. Это поможет получить новые материалы для селективной сорбции других металлов.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
