Южно-Уральский государственный университет (ЮУрГУ) и челябинский завод «Техно», входящий в корпорацию «Техноникель», заключили соглашение о промышленном тестировании новой фотокаталитической технологии очистки сточных вод от трудноокисляемых соединений.
Завод «Техно» специализируется на производстве общестроительной и технической изоляции на основе каменной ваты.
Разработанная учеными ЮУрГУ технология очистки сточных вод от трудноокисляемых загрязнителей, в том числе фенола, основана на использовании композитного фотокатализатора. Под действием ультрафиолетового излучения искусственные вещества полностью разлагаются до углекислого газа и воды. Однако это происходит значительно медленнее, чем в природном процессе. Для ускорения реакции учёные использовали наночастицы оксида титана.
«В предложенном ЮУрГУ методе в качестве катализатора выступают наночастицы оксида титана, которые были синтезированы еще в 2015 году и значительно превосходят аналоги по своим разлагающим свойствам. Однако их внедрение на промышленном производстве было неоправданно из-за невозможности повторного применения. Теперь мы смогли получить носитель для наночастиц – гранулы из инертного материала. Эти гранулы наполняют наночастицами и помещают в воду, после ее очистки они могут быть извлечены и использованы снова. Важно, что эта технология исключает вторичное загрязнение», – рассказал Вячеслав Авдин, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой экологии и химической технологии ЮУрГУ.
Один из авторов разработки, лаборант кафедры экологии и химической технологии Анна Уржумова добавляет: «Уникальность нашей разработки в том, что фотокаталитические наночастицы диоксида титана внедрены в гранулы из силикагеля, что позволяет увеличить размер фотокатализатора, не уменьшая удельную поверхность. Гранулы легко осаждать в отстойниках и удалять из реакционной среды. Аналоги на данный момент есть, но в виде наноразмерных частиц, и удалить их из воды очень сложно. В воде они находятся в виде взвеси, и только с помощью центрифуги можно их удалить».
Гранулы из силикагеля исследователи получили из золя кремниевой кислоты ионообменным способом, в который внедрены фотокаталитические наночастицы диоксида титана размером зерен 20 нанометров. Диоксид титана был получен пироксометодом с гидротермальной обработкой. Его используют в большом количестве материалов, он безвреден. Силикагель тоже не наносит вред окружающей среде.
Для проверки эффективности фотокатализатора ученые использовали красители: метиленовый синий, метиловый оранжевый, метиловый фиолетовый. Гранулы подвергали ультрафиолетовому облучению с помощью самодельного оборудования на основе светодиодных ламп в течение разного времени. С помощью спектрофотометра измерялась концентрация излучения каждые пятнадцать минут, чтобы определить, с какой эффективностью разлагаются трудноокисляемые соединения. В результате наблюдалось обесцвечивание раствора.
Ученые Южно-Уральского госуниверситета запатентовали способ получения смешанного фотокатализатора на основе оксида титана.
В соответствии с подписанным с заводом «Техно» соглашением ученые ЮУрГУ должны к середине 2023 года разработать и изготовить пилотную установку очистки сточных вод. Запуск оборудования в эксплуатацию намечен на 2024 год.
Фото: watermagazine.ru
