Новые полимеры производятся из полисахаридов, полученных из бананов, яблок и апельсинов. Они нетоксичны и дешевле синтетических гидрогелей в производстве. Со временем они заменят синтетические гидрогели, которые сейчас широко используются для очистки воды.
Методы, основанные на адсорбции, наиболее перспективны для очистки воды от загрязнителей. При этом гидрогели — одни из самых эффективных адсорбентов. Они представляют собой гидрофильные, нерастворимые сшитые полимеры, обладающие высокой способностью к набуханию, благодаря чему могут поглощать большой объем водного раствора внутри своей трехмерной структуры.
Разработкой органических гидрогелей занимаются ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета совместно с коллегами из Университета Бравиджая (Индонезия). Проект реализуется при поддержке гранта Минобрнауки РФ на проведения совместных научных исследований российскими вузами и университетами стран Юго-Восточной Азии.
«Особенность нашего метода заключается в применении комплексного подхода, включающего ультразвуковую обработку. Ультразвуковая экстракция — нетрадиционный подход к оптимизации процессов извлечения. Он имеет ряд преимуществ по сравнению с такими традиционными процедурами, как, например, обработка растворителем. Экстракция с применением ультразвука требует более низких температур, проходит быстрее и позволяет получать большой объем полисахарида в виде сухого порошка», — рассказывает доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских процессов Антонио Ди Мартино.
Сухой экстракт ученые смешали с кросслинкером и получили гидрогель. Он пористый, хорошо поглощает воду, у него большая площадь поверхности. Кроме того, гидрогель содержит амино- и гидроксильные группы аминокислот, которые увеличивают его адсорбционную способность по отношению ко многим загрязнителям. В частности, к тяжелым металлам: хрому, свинцу, кадмию, ртути, кобальту. Еще эти гидрогели отделяются от воды после завершения процесса ее адсорбции простым обезвоживанием. Благодаря этому свойству их можно будет использовать в фильтрах и установках для очистки воды.
«Наши коллеги из Индонезии отрабатывают точно такую же технологию получения гидрогелей, но на основе манго и папайи. Разные фрукты содержат разное количество пектина, целлюлозы, крахмала. Это влияет на структуру гидрогеля и на его свойства. Нам предстоит сравнить характеристики гидрогелей из разных фруктов. Также мы планируем отработать технологию извлечения из гидрогеля вредных примесей, которые остаются после прохождения через него загрязненной воды, для возможного его повторного использования», — отмечает Антонио Ди Мартино.
Ученые изучат способность гидрогелей удалять тяжелые металлы из воды сначала на модельных смесях, а затем на реальных пробах загрязненных вод Томской области и района острова Ява в Индонезии. Для этого будет создана сорбционная колонна на основе гидрогелей, которую поместят в загрязненную воду. Потенциал полученных гидрогелей восстанавливать и десорбировать загрязняющие вещества будут сравниваться с другими твердыми адсорбентами, широко используемыми на рынке.