Сегодня мир тревожит проблема очистки воды, поскольку от качества этого процесса зависит здоровье всего человечества. Аспирантка СПбГАСУ Ксения Дмитриева в ходе исследования пришла к выводу, что в технологиях очистки природных и сточных вод возможно использовать адсорбент, полученный из углеродсодержащего осадка стоков бумажной фабрики. Беседуем с ней о том, как она проводила эксперименты, каковы их результаты и насколько они важны для решения «водных» вопросов.
Как у вас появился интерес к экологии на производстве?
Заканчивая Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет по направлению «химическая технология», дипломную работу я посвятила поиску альтернативных источников энергии из возобновляемого сырья, а именно получению различных продуктов (углей, альтернативного жидкого топлива) из отходов деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Уже тогда меня волновали экологические аспекты производства и использование определённых продуктов. Но как начинающий исследователь я не особо понимала, каким образом применить свои знания на практике.
Будучи магистранткой СПбГАСУ, я познакомилась с доцентом кафедры строительной физики и химии Леонидом Акимовым, в круг интересов и важных разработок которого вошло как раз получение активных углей с различными свойствами. Совместная профессиональная работа дала первые результаты.
Cейчас активные угли широко применяют для очистки воды, поскольку эти твёрдые материалы с пористой структурой обладают адсорбцией, то есть имеют свойство избирательно поглощать частицы из жидкостей. В области адсорбционных методов очистки природных и сточных вод актуальной задачей по сей день является поиск и разработка способов получения дешёвых адсорбентов из углеродсодержащего сырья с применением экологически чистых технологий.
Как проходило исследование?
При выборе сырья и технологии получения адсорбента выяснили, что по открытым данным 2022 года в России действуют 180 производств по изготовлению бумаги и картона. В процессе получения этих материалов образуется осадок производственных сточных вод, который собирается на специальных фильтрах и в дальнейшем не утилизируется.
Мы провели качественный и количественный анализ подобного осадка и выяснили, что он на 18% состоит из целлюлозы, следовательно, может быть использован как углеродсодержащее сырьё для получения адсорбента.
Ранее был проведён ряд лабораторных экспериментов, в ходе которых получены образцы углеродного адсорбента из осадка сточных вод бумажной фабрики и исследована его адсорбционная активность. За основу технологии взят метод получения сульфоуглей из каменных углей путём их обработки от избытка серной кислоты при высокой температуре.
Сульфоугли относятся к сильнокислым катионитам, которые широко используются для умягчения воды (удаления солей жёсткости — солей кальция и магния) и удаления катионов металлов из природных и сточных вод. Мы предположили, что полученный нами адсорбент за счёт одинаковых свойств может быть аналогом сульфоуглей, но полученным из экологически чистого сырья.
Для подтверждения этой гипотезы я предварительно проверила способность адсорбента к ионному обмену в статических условиях. Для этого углеродный адсорбент помещала в стеклянный стакан с раствором хлорида кальция (рабочий раствор). Раствор выдерживала при постоянном перемешивании в течение 30 минут. В этом процессе можно было визуально проследить все его изменения, например, выпадение осадка. Далее проводилось исследование общей жёсткости раствора. Затем — эксперименты по изучению ионообменной способности в динамических условиях в соответствии с ГОСТами 5696-74 «Сульфоуголь. Технические условия» и 20255-89 «Иониты. Методы определения динамической обменной ёмкости», в ходе которых рабочий раствор пропускали сквозь слой полученного углеродного адсорбента в специальной стеклянной колонке.
Что показали результаты?
В ходе эксперимента удалось подтвердить гипотезу о том, что полученный таким образом углеродный адсорбент обладает ионообменными свойствами. Следовательно, он может использоваться как аналог сульфоуглей для удаления катионов металлов из природных и сточных вод.
Хотелось бы добавить, что данное исследование важно не только с точки зрения вопросов, связанных с очисткой воды, но и для решения немаловажной задачи утилизации отходов промышленных предприятий, что поможет сберечь окружающую среду. Надеюсь, в будущем полученный углеродный адсорбент будет применяться на практике!