Российские ученые разработали новый сорбент для очистки воды от ионов двухвалентной меди — одного из самых распространенных тяжелых металлов, опасных для экосистем и человека. Материал оказался не только эффективным, но и дешевым в производстве: его получают из кремнезема, обработанного сероводородом, причем весь синтез проходит в одну стадию при комнатной температуре. Исследование опубликовано в журнале Inorganic Chemistry Communications.
Не уголь, а гель: новый материал работает в 14 раз лучше
Авторы работы — сотрудники Дагестанского федерального исследовательского центра РАН и Дагестанского государственного университета — пропускали сероводород через силикатный клей. В результате получался пористый гель, способный активно связывать ионы меди. В отличие от многих аналогов, материал после синтеза не требует дополнительной промывки: побочные соли не мешают процессу, а помогают осаждать металл. Это снижает расход воды и удешевляет производство.
Испытания показали, что один грамм сорбента способен поглотить до 183 миллиграммов меди. Для сравнения: активированный уголь, который широко применяют в фильтрах, удерживает примерно в 14 раз меньше. При этом до 99% меди удаляется из воды всего за два часа, особенно эффективно — в кислой и нейтральной среде.
Исследователи выяснили, что ионы меди связываются с серосодержащими и гидроксильными группами на поверхности материала. В итоге образуются устойчивые соединения — гидроксид и сульфид меди, которые надежно «запираются» внутри структуры сорбента.
Горячие стоки — не проблема
Ученые отдельно проверили, как материал ведет себя при повышенной температуре. Оказалось, что при нагреве воды до 40°С эффективность очистки возрастает. Это делает разработку перспективной для металлургии и химической промышленности, где сточные воды часто бывают горячими.
По данным ВОЗ, содержание меди в питьевой воде не должно превышать 2 миллиграмма на литр, а российские нормы еще строже — 1 мг/л. Однако в промышленных регионах эти показатели нередко оказываются выше из-за недостаточной очистки стоков.
Похожие пористые материалы сегодня активно разрабатывают и для решения других экологических задач — например, для улавливания бензола, метана и нефтепродуктов. В последние годы химики все чаще используют металл-органические каркасы, аэрогели и кремнеземные структуры как основу для «умных» фильтров нового поколения.
В дальнейшем авторы планируют адаптировать технологию для извлечения свинца, ртути, кадмия и даже радионуклидов, а также изучить возможность промышленной регенерации сорбента.
Наш сорбент — это пример рационального «зеленого» подхода в очистке сточных вод. Мы используем недорогие компоненты и минимальное количество ресурсов для создания продукта, который очищает воду от токсичного загрязнителя. Он может использоваться наряду с известными методами очистки, например, мембранной фильтрацией или фильтрацией ионными смолами в качестве фильтрующей добавки для глубокой финальной доочистки воды.Камиль Рабаданов
О том, как сорбент на базе металл-органических каркасов находит и нейтрализует опасный канцероген бензол, читайте в материале Hi-Tech Mail.