Нано-мембраны для очистки промышленных стоков от тяжелых металлов
Разработку представили учёные НИТУ «МИСиС» и их индийские коллеги
Инновационные мембраны для полного удаления тяжелых металлов из отработанных вод промышленных предприятий представили ученые НИТУ «МИСиС» совместно с индийскими коллегами из университетов Джайн и Шри Дхармастхала. Особая наноструктура оксида алюминия, модифицированного цинком, позволила удалять из воды мышьяк и свинец с эффективностью 87% и 98% соответственно. Результаты работы опубликованы в журнале Chemosphere.
Индустриализация — основная причина загрязнения воды из-за попадания промышленных отходов. В частности, тяжелые металлы — мышьяк, свинец и кадмий — вызывают нарушение обмена веществ и множественные критические повреждения организма, что делает их чрезвычайно токсичными для окружающей среды.
Одним из самых перспективных методов очистки и удаления ионов тяжелых металлов из воды является мембранная технология. Она эффективна в качестве разделителя материалов («фильтра») и относительно проста в производстве. При этом имеет серьезные ограничения, такие как высокое потребление энергии, короткий срок службы мембран, низкая производительность и избирательность.
Задача ученых — сделать мембранную технологию более универсальным и коммерчески доступным способом очистки сточных вод. Международный коллектив исследователей из России и Индии предложил решение вопроса, синтезировав новый вид мембран — особо пористые наночастицы оксида алюминия, легированного цинком.
«Наночастицы, которые нам удалось получить методом сжигания раствора, имеют очень большую площадь поверхности (261,44 м2 / г) при размере 50 нанометров. Изображения поперечного сечения наночастиц, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии, показали пальцеобразную морфологию и пористую природу мембран», — рассказал соавтор работы, постдок НИТУ «МИСиС» Вигнеш Найяк.
По данным ученых, синтезированные мембраны показали повышенную гидрофильность (смачиваемость), поверхностный заряд и «сверхпористость», что позволило удалить из водного раствора мышьяк и свинец с эффективностью 87% и 98% соответственно.
Вторым важным преимуществом полученных мембран являются «противообрастающие свойства». Так называют устойчивость материала к обрастанию водными микроорганизмами, которые в итоге выводят из строя приборы и устройства, долго находящиеся в водных средах.
Исследование противообрастающих свойств, проведенное разработчиками при различных давлениях с исходным раствором, содержащим бычий сывороточный альбумин, показало 98,4% степени восстановления и возможность повторного использования мембран до трех непрерывных циклов.
В перспективе полученные мембраны можно использовать для эффективной очистки стоков промышленных предприятий, а также в крупных городских водоочистительных станциях. В настоящее время коллектив завершает лабораторные испытания полученных образцов.