Инновационные фильтры, разработанные учеными национального исследовательского университета МИСиС совместно с индийскими коллегами, способны полностью очистить промышленные стоки от тяжелых металлов. Особая структура мембраны фильтра позволила эффективно удалить из загрязненной воды такие ядовитые металлы, как мышьяк и свинец. Разработчики объяснили ФАН, в чем заключается уникальность наномембраны, а экологи рассказали о необходимости подобных разработок.
Смертельно опасная вода
Промышленное загрязнение воды - одна из актуальных экологических проблем, характерная для всех развитых стран. Особую тревогу у природоохранных ведомств вызывает попадание в стоки тяжелых металлов. Мышьяк, свинец и кадмий - особо опасные вещества для живых организмов. Новые мембранные фильтры, разработанные российскими и индийскими учеными, способны решить эту проблему, считает главный редактор журнала «Экология и жизнь» Александр Самсонов.
«Разработка весьма актуальная. Задача по очистке промышленных вод стоит всегда. Вот и сейчас появился федеральный список городов, где необходимо провести работы по очистке воды от промышленных загрязнений. Я считаю, что как раз эту разработку можно было бы применить в городах, где сейчас остро стоит вопрос чистой воды», - объяснил эколог.
Для очистки промышленных вод от токсичных, тяжелых металлов, как правило, используются различные реагенты. Так, например, для удаления из стоков мышьяка применяют известковое молоко, сульфид натрия и сероводород. В случае сильного загрязнения в ход идет более серьезная химия - хлорная известь, гипохлоритная пульпа, азотная кислота, пиролюзит. Для очистки промышленных вод от свинца специалисты используют менее агрессивные вещества - мел, известь или мрамор. И тем не менее применение даже серьезных химикатов не дает гарантии полной очистки стоков от тяжелых металлов и их солей, утверждает заслуженный эколог России Андрей Пешков.
«Вся группа тяжелых металлов, присутствующая в промышленных водах и группа их солей, - это очень серьезная проблема. При помощи очистных сооружений можно избавиться от органических загрязнений, а вот мышьяк, свинец, кадмий и другие металлы требуют значительных усилий. И не всегда можно такие воды полностью от них очистить», - считает Андрей Пешков.
Мембрана для тяжелых металлов
Один из самых современных и перспективных методов очистки и удаления ионов тяжелых металлов из воды - мембранная технология. Она эффективно может отделять опасные элементы и относительно проста в производстве. При кажущихся преимуществах у этого метода есть и серьезные недостатки. При работе такие фильтры потребляют слишком много электроэнергии, сами мембраны быстро приходят в негодность, да и к тому же имеют низкую производительность. Главная задача ученых, работающих над мембранными фильтрами, - сделать эту технологию менее энергозатратной и более универсальной. Международный коллектив исследователей из России и Индии предложил свое решение этой проблемы. По словам одного из разработчиков, постдока Вигнеша Наяка, в лаборатории МИСиС им удалось создать уникальный состав для фильтра, синтезировав новый вид мембран из особо пористых наночастиц оксида алюминия, легированного цинком.
«Наночастицы, которые нам удалось получить методом сжигания раствора, имеют очень большую площадь поверхности при очень небольшом размере - всего 50 нанометров. Изображения поперечного сечения наночастиц, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии, показали пальцеобразную морфологию и пористую природу мембран, что обеспечивает ее эффективную работу», - заявил Вигнеш Наяк.
Первые данные, полученные после лабораторных испытаний, показали высокую эффективность новых мембран. Выражаясь научной терминологией - повышенная гидрофильность, так ученые называют способность вещества впитывать воду, поверхностный заряд и «сверхпористость» фильтра позволили удалить из водного раствора 87% мышьяка и 98% свинца. По мнению главного редактора журнала «Экология и жизнь» Александра Самсонова, эти три составляющих фактора имеют главное значение для таких фильтров.
«Мембрана на основе окиси алюминия - это основа для любой мембраны. Здесь важно, какой состав применяют для ее покрытия и в этом заключается уникальность этой разработки. И чем выше поверхность поглощения - тем лучше. К тому же очень важно, что ученым удалось сделать мембрану непрерывной», - утверждает собеседник ФАН.
Альбумин против микроорганизмов
Совместными усилиями российским и индийским ученым удалось решить еще одну проблему, от которой страдают все фильтрующие элементы очистных сооружений - обрастание мембран водными микроорганизмами. Со временем все находящиеся в водной среде фильтры обрастают ими и теряют способность очищать стоки. Исследователи МИСиС подобрали вещество, после применения которого фильтрующие мембраны выглядели как новые. Бычий сывороточный альбумин, добавленный в очищающий раствор на 98,4%, избавил новый фильтр от микроорганизмов. Как считают разработчики, в перспективе уникальные мембраны можно будет использовать для эффективной очистки промышленных и городских стоков. Но перед этим, по словам заслуженного эколога России Андрея Пешкова, новинка должна пройти серьезные испытания.
«Эта разработка должна пройти официальную, объективную проверку, государственную экологическую экспертизу. Нужно будет попробовать действие этих фильтров на промышленной установке. Подчеркну - именно на промышленной, а не лабораторной», - объяснил эколог.
Пока российские и индийские ученые завершают лабораторный этап испытаний уникальной мембраны. После того, как все полученные данные будут обобщены и оформлены все документы, исследователи выйдут уже на следующий этап - промышленные испытания.