Ученые вуза создали адсорбент с эффективностью 99,14 %

14:40, 11 августа 2023

Новое вещество сможет очистить сточные воды от промышленного красителя

Новый адсорбент безопасен, поскольку в его основе целлюлоза — один из самых экологичных материалов на Земле. Фото: Илья Сафаров.

Ученые УрФУ совместно с коллегами из Египта синтезировали адсорбент для очистки сточных вод от метиленового синего красителя (широко используется в текстильной, пластмассовой, бумажной промышленности). Эффективность адсорбента доказали в ходе испытаний — нейтрализуется до 99,14 % промышленного красителя. Это крайне высокий показатель, так как эффективность большинства аналогов составляет в лучшем случае 90 %.

Новый адсорбент безопасен, поскольку в его основе целлюлоза — один из самых экологичных материалов на Земле. Небольшая стоимость и высокая эффективность адсорбента в будущем может сделать его привлекательным для осуществления глобальных проектов, например, для очистки рек. Более подробная информация опубликована в Scientific Reports.

«Наша разработка может быть полезна для использования на очистных сооружениях для снижения загрязнения сточных вод. Это предотвратит негативные последствия для окружающей среды и окажет благотворное влияние на здоровье живых организмов. В отличие от аналогов наш адсорбент безопасен для экологии, эффективен и имеет небольшую себестоимость. В ходе испытаний максимальный процент удаления вредных веществ достиг 99,14 %. В перспективе это позволит использовать наш адсорбент для осуществления глобальных проектов, например, очистки крупных водоемов от промышленного красителя», — поясняет научный сотрудник лаборатории функциональных наноматериалов и наноустройств УрФУ Исмаил Хоссейн.

Метиленовый синий краситель используется для окраски хлопка, шерсти, шелка в ярко-голубой цвет. Он также применяется на заводах, которые изготавливают текстиль, бумагу, резину, пластмассу, фотопродукцию. Даже в медицине он пользуется большим спросом, к примеру, его применяют при лечении инфекций мочеполовых путей. Из-за такого широкого спектра применения этот краситель часто попадает в сточные воды. В результате создается риск для сельского хозяйства, рыболовства и здоровья человека.

В основе адсорбента лежит целлюлозное нановолокно — безопасный материал, который является пригодным для переработки. Среди других компонентов — активированный уголь, оксид графена и углеродные нанотрубки. Эти вещества обладают высокой адсорбционной способностью и увеличивают эффективность поглощения вредных красителей. Соединить вместе эти вещества и превратить их в полимер ученые смогли с помощью электроспининга — простой, экологичной и недорогой технологии для производства нановолокна.

«Недавние исследования подтвердили использование целлюлозы в качестве натурального адсорбентного материала. Целлюлоза является естественным полисахаридом, включает в себя большое количество глюкозы. Это наделяет ее привлекательными свойствами — возобновляемость, нетоксичность, биоразлагаемость, большая способность к поглощению красителя. Кроме того, этот материал широко распространен. Целлюлоза — составная часть многих растений, например, хлопка, льна, древесины. Из них можно легко извлекать целлюлозу и использовать для создания адсорбента», — комментирует Исмаил Хоссейн.

По словам ученых, максимальный процент удаления красителя из водной среды достигается за 180 минут. В будущем исследователи планируют продолжить работу в этом направлении и модифицировать адсорбент. В частности, планируется ускорить процесс очищения, а также расширить перечень вредных веществ доступных для удаления.

Справка

Загрязнение водоемов вредными веществами остается серьезной проблемой. По данным Всемирной организации здравоохранения, более 2 млрд человек используют загрязненную питьевую воду. Потребление воды ненадлежащего качества может привести к аллергическим реакциям, нервным расстройствам и нарушению сна. В некоторых случаях вредные вещества, находящиеся в воде, могут спровоцировать развитие раковых заболеваний.

Из-за ненадлежащей обработки городских, промышленных, сельскохозяйственных сточных вод, качество питьевой воды снижается. В России, по данным Росгидромета, в 2022 году произошло почти 2,5 тыс. случаев загрязнений водоемов. В результате часть населения пользуется водой ненадлежащего качества. Среди проблемных регионов — Свердловская, Челябинская, Мурманская, Московская области, Республика Коми, Красноярский край.

Cергей Лукьянченко