Ученые УрФУ совместно с коллегами из Египта синтезировали адсорбент для очистки сточных вод от метиленового синего красителя, который широко используется в текстильной, пластмассовой, бумажной промышленности. Эффективность адсорбента доказали в ходе испытаний — он нейтрализует до 99,14 процентов промышленного красителя. Это очень высокий показатель, так как эффективность большинства аналогов составляет в лучшем случае 90 процентов.
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 процентов. 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, которая 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 являются составной частью 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.
Загрязнение водоемов вредными веществами остается серьезной проблемой. По данным Всемирной организации здравоохранения, более двух миллиардов 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 тысяч случаев загрязнений российских водоемов. В результате часть населения пользуется водой ненадлежащего качества. Среди проблемных регионов — Свердловская, Челябинская, Мурманская, Московская области, Республика Коми, Красноярский край.
