Химики Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) создали реагенты для очистки промышленных сточных вод, которые в несколько раз эффективнее тех, что используются сегодня.
Результаты исследования опубликованы в журналах Ceramics International и Surfaces and Interfaces.
По сообщению пресс-службы СПбГУ, с применением новых реагентов предприятия смогут обрабатывать больший объем воды за меньшее время и за счет этого сократить расходы на обслуживание очистного оборудования.
«Современные реагенты для очистки воды не всегда хорошо справляются со своей задачей, поэтому в окружающую среду попадают вредные вещества. Некоторые из них могут сильно навредить экосистеме. Так, например, соединения железа из стоков способны провоцировать дефицит кислорода в водоемах и, как следствие, вызывать гибель рыбы», — рассказала Ксения Мешина, магистрант первого года обучения (программа «Химия»), член научной группы «Синтез и исследование наночастиц и наноструктурированных материалов».
По ее словам, разработанные учеными СПбГУ реагенты позволят лучше очищать сточные воды и помогут предотвратить негативное влияние на экологическую обстановку, а также продлить жизнь современным водоочистным сооружениям.
Материалы, созданные исследователями, представляют собой композиты с полимерной матрицей из альгината натрия, в которой содержатся наночастицы из гидроксиапатита или оксида цинка. Их свойства позволяют взаимодействовать с загрязняющими сточную воду веществами, такими как ионы металлов, лекарственные соединения, гормоны и красители, и либо поглощать их, либо разлагать с образованием безопасных для природной среды углекислого газа и воды.
Механизм действия зависит от метода очистки и основного компонента материала. Так, композиты с гидроксиапатитом подходят для сорбции. Они обходят другие соединения по сорбционной способности — в частности, лучше адсорбируют некоторые металлы.
«Например, у многих используемых сегодня сорбентов очень низкая активность в отношении мышьяка. Созданные нами наночастицы хорошо с ним справляются», — рассказала Ольга Осмоловская, доцент СПбГУ (кафедра общей и неорганической химии), руководитель научной группы «Синтез и исследование наночастиц и наноструктурированных материалов».
Наночастицы с оксидом цинка обладают двойным действием.
«Они способны как сорбировать загрязнители, так и под воздействием видимого или ультрафиолетового света могут их разлагать, то есть применимы для очистки воды методом фотокатализа», — пояснила Ксения Мешина.
По словам Ольги Осмоловской, главное преимущество всех разработанных материалов в том, что их можно быстро видоизменить для нейтрализации как уже известного, так и нового загрязнителя.
При этом все составляющие композитов, созданных учеными, сами по себе безвредны: альгинат натрия — природный полимер, гидроксиапатит — естественный компонент костей и зубов человека, оксид цинка — соединение с высоким профилем безопасности, входящее в состав косметики для детей. Наночастицы не смогут испортить оборудование, например, как некоторые другие агрессивные реагенты, а если они случайно попадут в водоемы, то не навредят его экосистеме.
В ресурсных центрах Научного парка СПбГУ исследователи детально изучили свойства разработанных материалов. В ходе одного из экспериментов они смогли проверить их эффективность и убедились, что всего за час полученные наночастицы очищают тот же объем воды, с которым материалы конкуренты справляются за период от двух до шести часов.
«Наночастицы работают быстрее и лучше других, так как они маленькие и их можно использовать в большом количестве. Так, один грамм порошка из наночастиц может иметь суммарную площадь поверхности до 300 квадратных метров», — отметила Ксения Мешина.
Разработанные учеными наноматериалы можно будет применять на предприятиях любого типа: от косметических заводов до металлургических комбинатов. Благодаря композитам получится сократить время на водоочистку и снизить траты на амортизацию оборудования и коммунальные расходы. Поскольку наночастицы превосходят по эффективности другие реагенты, также станет возможно сократить количество стадий очистки и не тратить средства на дополнительные этапы.
Кроме того, в комбинации с уже существующими технологиям разработанные учеными СПбГУ материалы могут поспособствовать увеличению степени очистки воды, например, повысить ее с максимально возможных сегодня 98% до 100%.
Фото: spbu.ru
