Российские химики создали дешевый сорбент для очистки воды от меди
Российские химики создали сорбент на основе кремнезема и серы. Он удаляет до 99% меди из воды за два часа и впитывает в 14 раз больше металла, чем активированный уголь.
Источник: Камиль Рабаданов. / Дагестанский федеральный исследовательский центр РАН. Сорбент меди на основе кремнезема.
МОСКВА, 20 мая. /Новости науки/. Ученые разработали дешевый и экологичный сорбент, который удаляет ионы меди из промышленных стоков. Материал создали на основе природного минерала кремнезема, обработанного серой, сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.
Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале Inorganic Chemistry Communications.
Медь широко используют при производстве кабелей, проводов, в машиностроении и строительстве. Но при попадании в воду она становится опасным загрязнителем. Этот тяжелый металл вредит водным экосистемам и может угрожать здоровью человека.
Всемирная организация здравоохранения ограничивает содержание меди в питьевой воде уровнем 2 миллиграмма на литр. В России действует более строгий норматив — 1 миллиграмм на литр. В промышленных регионах эти значения могут быть превышены, если очистка воды работает недостаточно эффективно.
Команда ученых из Дагестанского федерального исследовательского центра РАН и Дагестанского государственного университета вместе с коллегами из других научных организаций создала новый сорбент для удаления меди из воды. Сорбент — это вещество, которое впитывает или связывает загрязнитель и помогает убрать его из раствора.
Основой материала стал кремнезем — распространенное природное минеральное вещество. Его обработали серой. Для этого химики пропускали сероводород через силикатный клей. Весь процесс проходил в одну стадию при комнатной температуре.
Авторы отмечают, что полученный гель не нужно дополнительно отмывать после синтеза. Побочные соли, которые обычно мешают работе подобных материалов, в этом случае помогают осаждать медь. Это упрощает производство, снижает расход воды и делает метод дешевле.
Эксперименты показали, что 1 грамм нового сорбента удаляет из воды 183 миллиграмма меди. Это в 14 раз больше, чем у активированного угля, который часто используют как поглотитель загрязнителей.
Ученые также выяснили, как именно медь закрепляется на материале. Ионы металла связываются с участками поверхности кремнезема, где есть сера и гидроксильные группы. В результате образуются гидроксид и сульфид меди, которые прочно удерживаются на сорбенте.
«Мы также выяснили, что повышение температуры от комнатной (около 25°С) до 40°С улучшает удаление меди из воды, что позволит использовать сорбент для очистки горячих промышленных стоков в металлургии и химической промышленности. Наиболее эффективно процесс протекает в кислой и нейтральной среде, где удаляется 99% меди», — отметила участник проекта, ведущий инженер кафедры неорганической химии и химической экологии ДГУ Шаназ Аммаева.
По словам авторов, новый материал может стать добавкой для глубокой финальной доочистки воды. Его можно применять вместе с уже известными методами — мембранной фильтрацией или ионными смолами.
«Наш сорбент — это пример рационального “зеленого” подхода в очистке сточных вод. Мы используем недорогие компоненты и минимальное количество ресурсов для создания продукта, который очищает воду от токсичного загрязнителя. Он может использоваться наряду с известными методами очистки, например, мембранной фильтрацией или фильтрацией ионными смолами в качестве фильтрующей добавки для глубокой финальной доочистки воды. В дальнейшем мы планируем адаптировать метод для извлечения других тяжелых металлов и радионуклидов, а также исследовать возможность промышленной регенерации сорбента», — рассказал руководитель проекта, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник Аналитического центра коллективного пользования Дагестанского федерального исследовательского центра РАН Камиль Рабаданов.
Разработка может помочь в создании недорогих сорбентов нового поколения. В дальнейшем метод планируют адаптировать для удаления свинца, ртути, кадмия и радионуклидов.
В исследовании также участвовали ученые Южного федерального университета, Удмуртского федерального исследовательского центра УрО РАН и Университета Лотарингии во Франции.
Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале Inorganic Chemistry Communications.
Медь широко используют при производстве кабелей, проводов, в машиностроении и строительстве. Но при попадании в воду она становится опасным загрязнителем. Этот тяжелый металл вредит водным экосистемам и может угрожать здоровью человека.
Всемирная организация здравоохранения ограничивает содержание меди в питьевой воде уровнем 2 миллиграмма на литр. В России действует более строгий норматив — 1 миллиграмм на литр. В промышленных регионах эти значения могут быть превышены, если очистка воды работает недостаточно эффективно.
Команда ученых из Дагестанского федерального исследовательского центра РАН и Дагестанского государственного университета вместе с коллегами из других научных организаций создала новый сорбент для удаления меди из воды. Сорбент — это вещество, которое впитывает или связывает загрязнитель и помогает убрать его из раствора.
Основой материала стал кремнезем — распространенное природное минеральное вещество. Его обработали серой. Для этого химики пропускали сероводород через силикатный клей. Весь процесс проходил в одну стадию при комнатной температуре.
Авторы отмечают, что полученный гель не нужно дополнительно отмывать после синтеза. Побочные соли, которые обычно мешают работе подобных материалов, в этом случае помогают осаждать медь. Это упрощает производство, снижает расход воды и делает метод дешевле.
Эксперименты показали, что 1 грамм нового сорбента удаляет из воды 183 миллиграмма меди. Это в 14 раз больше, чем у активированного угля, который часто используют как поглотитель загрязнителей.
Ученые также выяснили, как именно медь закрепляется на материале. Ионы металла связываются с участками поверхности кремнезема, где есть сера и гидроксильные группы. В результате образуются гидроксид и сульфид меди, которые прочно удерживаются на сорбенте.
«Мы также выяснили, что повышение температуры от комнатной (около 25°С) до 40°С улучшает удаление меди из воды, что позволит использовать сорбент для очистки горячих промышленных стоков в металлургии и химической промышленности. Наиболее эффективно процесс протекает в кислой и нейтральной среде, где удаляется 99% меди», — отметила участник проекта, ведущий инженер кафедры неорганической химии и химической экологии ДГУ Шаназ Аммаева.
По словам авторов, новый материал может стать добавкой для глубокой финальной доочистки воды. Его можно применять вместе с уже известными методами — мембранной фильтрацией или ионными смолами.
«Наш сорбент — это пример рационального “зеленого” подхода в очистке сточных вод. Мы используем недорогие компоненты и минимальное количество ресурсов для создания продукта, который очищает воду от токсичного загрязнителя. Он может использоваться наряду с известными методами очистки, например, мембранной фильтрацией или фильтрацией ионными смолами в качестве фильтрующей добавки для глубокой финальной доочистки воды. В дальнейшем мы планируем адаптировать метод для извлечения других тяжелых металлов и радионуклидов, а также исследовать возможность промышленной регенерации сорбента», — рассказал руководитель проекта, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник Аналитического центра коллективного пользования Дагестанского федерального исследовательского центра РАН Камиль Рабаданов.
Разработка может помочь в создании недорогих сорбентов нового поколения. В дальнейшем метод планируют адаптировать для удаления свинца, ртути, кадмия и радионуклидов.
В исследовании также участвовали ученые Южного федерального университета, Удмуртского федерального исследовательского центра УрО РАН и Университета Лотарингии во Франции.
