Ученые разработали вещество-сорбент, способное удалять ионы меди из воды. Новый сорбент оказался дешевым и экологичным, так как создан на основе природного минерала кремнезема, обработанного серой. Он впитывает в 14 раз больше меди, чем активированный уголь, и удаляет до 99% загрязнителя за два часа. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Inorganic Chemistry Communications.
Медь — один из наиболее токсичных тяжелых металлов, который широко используют в производстве электрических кабелей и проводов, машиностроении и строительстве. Попадание меди в водоемы с отходами производств угрожает экосистемам и здоровью человека. Всемирная организация здравоохранения установила строгие ограничения на содержание меди в питьевой воде — 2 миллиграмма в литре, а в России действует более жесткий норматив — 1 миллиграмм на литр. При этом содержание меди в воде может значительно превышать нормативы из-за недостаточно эффективной очистки пресной воды в промышленных регионах. В связи с этим нужны действенные сорбенты для фильтрации воды от тяжелых металлов. Однако существующие методы, такие как мембранная фильтрация или фильтрация ионными смолами, либо недостаточно эффективны, либо требуют дорогостоящих реагентов и сложного оборудования.
Команда ученых из Дагестанского федерального исследовательского центра РАН и Дагестанского государственного университета (Махачкала) совместно с коллегами из других вузов и исследовательских центров разработала эффективный и экономически выгодный сорбент для удаления меди из воды.
Авторы создали пористый материал на основе кремнезема, обработанного серой. Для этого химики пропускали сероводород через силикатный клей. Весь процесс проходил в одну стадию при комнатной температуре. При этом полученный гель не нужно отмывать после создания: в отличие от аналогов, образующиеся побочные соли не мешают, а наоборот, способствуют осаждению меди. Это упрощает производство, экономит воду и делает метод дешевле и экологичнее других подходов.
Эксперименты показали, что 1 грамм полученного сорбента удаляет из воды 183 миллиграмма меди, что в 14 раз больше активированного угля — популярного сорбента.
Ученые также детально исследовали процесс, благодаря которому медь удаляется из воды. Оказалось, что металл особым образом связывается с участками на поверхности кремнезема, несущими серу и гидроксильные группы (содержащие кислород и водород). В результате образуются гидроксид и сульфид меди, прочно закрепленные на поглотителе.
«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», — отмечает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Шаназ Аммаева, ведущий инженер кафедры неорганической химии и химической экологии ДГУ.
Разработка открывает путь к созданию недорогих и действенных сорбентов нового поколения на основе доступного минерального сырья. Кроме того, метод можно адаптировать для удаления других тяжелых металлов, таких как свинец, ртуть и кадмий.
«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», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Камиль Рабаданов, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник Аналитического центра коллективного пользования Дагестанского федерального исследовательского центра РАН.
В исследовании также принимали участие ученые из Южного федерального университета (Ростов-на-Дону), Удмуртского федерального исследовательского центра УрО РАН (Ижевск) и Университета Лотарингии (Франция).
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
