Ученые ТПУ работают над созданием новых видов наноструктурных сорбентов, эффективных для использования при пониженных температурах. Проект направлен на решение проблемы удаления из водных сред Арктической зоны токсичных тяжелых металлов и микробиологических загрязнений.
Исследование политехников поддержано грантом РНФ. По словам ученых, антропогенная нагрузка на хрупкую арктическую экосистему растет с каждым годом. Согласно данным, полученным в ходе российских арктических экспедиций, проблема загрязнения арктических вод и прибрежной полосы является, в том числе следствием глобальных экологических процессов. В воды Баренцева и Карского морей через атлантические течения попадает мусор из бассейна Атлантического океана. В России утверждена «Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2035 года», поэтому создание технологий улучшения экологической обстановки Арктики является особенно актуальным.
Наиболее доступный и дешевый метод глубокой очистки воды от целого ряда химических загрязнителей – это сорбция. Среди преимуществ – возможность поглощения веществ из многокомпонентных смесей и высокая степень очистки. В качестве сорбентов в настоящее время используется большое количество различных природных и искусственных пористых материалов (цеолиты, торф, зола, силикагели и другие).
«Однако, на сегодняшний день отсутствуют сорбенты, позволяющие эффективно удалять широкий спектр химических и микробиологических загрязнений при пониженных температурах – в диапазоне от 0 до +10 градусов Цельсия. Понижение температуры окружающей среды ухудшает эксплуатационные свойства сорбентов, снижая сорбционную емкость практически до нуля. На территории Арктики отрицательная температура наблюдается практически круглый год, поэтому разработка и применение сорбентов, способных работать и при низких температурах, является очень важной задачей.
В ТПУ уже около 17 лет развивается направление, связанное с разработкой, созданием и исследованием новых видов сорбционных материалов для очистки водных сред от различных видов загрязнителей. Накопленный опыт позволил нам приступить к абсолютно новому проекту по созданию криорезистентных адсорбентов, позволяющих эффективно удалять из водных сред токсичные тяжелые металлы и микробиологические загрязнения при пониженных температурах (от 0 °С до +10 °С). Насколько нам известно, похожих или близких по тематике исследований сейчас нет», – говорит руководитель проекта, доцент отделения ядерно-топливного цикла Сергей Журавков.
В первую очередь ученые планируют подобрать оптимальные компоненты для создания холодоустойчивых материалов, отработать режимы их предварительной подготовки, модификации и получения опытных образцов сорбентов. Также будут созданы лабораторный стенд для изготовления образцов наноструктурных сорбентов, лабораторная установка для синтеза наноразмерных цинксодержащих активных компонентов сорбционных материалов методом электроискрового диспергирования.
«Нами будут созданы методики изготовления наноструктурных сорбционных материалов на основе минеральных и синтетических носителей, модифицированных оксидными фазами железа и алюминия, и их цинксодержащих активных компонентов. Состав был выбран, исходя из многолетнего экспериментального опыта работы с данными материалами. Так, выбор был обусловлен, прежде всего, высокой величиной удельной поверхности и пористости, необходимым химическим составом, нужным дзета-потенциалом поверхности и бактериостатическими свойствами данных веществ», – добавляет руководитель проекта.
По словам исследователей, известно, что понижение температуры ослабляет хемосорбцию (разновидность адсорбции, при которой происходит химическая реакция между поверхностью и адсорбатом, – ред.) и усиливает физическую адсорбцию. При этом зависимость электрокинетической адсорбции от температуры однозначно не установлена. В своем проекте политехники планируют разработать сорбционный материал, эффективно сочетающий в себе все виды адсорбции, чьи свойства не будут принципиально зависеть от температурных условий. Кроме того, особый акцент будет сделан на возможность многократной регенерации материалов для восстановления исходной сорбционной емкости.
«Разработанные сорбционные материалы, в перспективе, могут быть использованы не только в Арктическом регионе. Благодаря своим свойствам они могут, в будущем, быть использованы для очистки промышленных сточных вод предприятий нефтегазодобывающей отрасли, нефтеперерабатывающих предприятий, предприятий машиностроения, химической промышленности, обогатительных комбинатов и любых других промышленных предприятий, имеющих жидкие отходы. Также они могут быть интересны для подготовки питьевой воды из подземных и поверхностных источников», – поясняет Сергей Журавков.
В исследовании принимают участие сотрудники Инженерной школы ядерных технологий, Инженерной школы природных ресурсов и Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ.