Органические красители — одни из самых стойких загрязнителей водных сред. Они попадают в реки и почву вместе со стоками текстильных, фармацевтических и химических предприятий, при этом традиционные методы очистки с ними справляются плохо. Существующие магнитные наноадсорбенты обычно требуют нанесения на поверхность специального химического слоя, который ограничивает спектр улавливаемых веществ и усложняет регенерацию.
Ученые НИТУ МИСИС доказали, что модификация поверхности не нужна. В пресс-службе Минобрнауки РФ рассказали, что они синтезировали стержневые наночастицы феррита кобальта — микроскопические магнитные палочки, пронизанные порами двух размеров: мелкими и крупными. Регулируя скорость нагрева при обжиге матрицы, можно менять соотношение пор. После очистки воду легко избавить от наночастиц с помощью обычного магнита.
Что умеют новые наночастицы и почему они уникальны
В ходе эксперимента частицы добавили в растворы с тремя промышленными красителями: метиленовым синим, метиловым оранжевым и эриохромом синим. О том, насколько серьезна проблема органических красителей и каковы реальные перспективы разработки, порталу Наука Mail рассказал доцент кафедры физического материаловедения НИТУ МИСИС Алексей Никитин.
Органические красители сегодня — это один из самых устойчивых и массовых типов загрязнителей промышленных сточных вод. Проблема в том, что многие из них специально разрабатывались как химически стабильные соединения: они не разрушаются под действием света, температуры или микроорганизмов. В результате даже небольшие концентрации могут долго сохраняться в водоемах, нарушать фотосинтез у водных организмов и накапливаться в экосистемах. Особенно это актуально для текстильной, химической и фармацевтической промышленности, где объемы использования красителей очень велики.
Ученый пояснил, что метиленовый синий, метиловый оранжевый и эриохром синий — не случайный набор. Все они широко используются в промышленности и регулярно попадают в сточные воды. Их объединяет то, что они крайне медленно разлагаются в природной среде и плохо поддаются стандартным методам очистки. Особый интерес вызвало поведение эриохрома синего: при контакте с частицами он слипался в комки размером в несколько сотен нанометров. При высокой концентрации красителя агрегаты возвращались обратно в раствор. Для этого класса веществ такое явление зафиксировано впервые.
Особый интерес вызвало то, как один из красителей взаимодействует с частицами: при контакте он слипался в комки размером в несколько сотен нанометров. При высокой концентрации красителя агрегаты возвращались обратно в раствор. Для этого класса веществ такое явление зафиксировано впервые, сообщается в журнале Journal of Colloid and Interface Science. Исследователь отметил, что открытие может дать новые инструменты для управления агрегацией в растворах, что важно для производства красителей, сенсорных систем и адресной доставки лекарств.
Применимость в промышленных условиях
Лабораторные эксперименты — это только первый этап. Ученый рассказал, что разработка уже готова к работе с реальными сточными водами предприятий.
Именно на это и ориентирована наша работа. Мы изначально старались создать материал, который был бы применим в реальных системах водоочистки.
Потенциально подобным способом можно удалять другие органические загрязнители. Например, остатки лекарственных препаратов, некоторые пестициды, поверхностно-активные вещества, фенольные соединения. Ученый отметил, что все зависит от того, как именно устроены поры материала и какие размеры, заряд и химические свойства имеют молекулы загрязнителя.
Сроки внедрения и интерес со стороны партнеров
До полноценного внедрения еще нужно пройти этап масштабирования и испытаний на сложных многокомпонентных сточных водах. Лабораторные результаты уже показывают высокую стабильность материала и хорошую воспроизводимость.
Интерес со стороны промышленности
Разработка может быть востребована там, где традиционные методы очистки слишком дороги или малоэффективны. Алексей Никитин рассказал о текущем отношении предприятий к подобным технологиям.
Интерес к подобным материалам есть, потому что промышленность сейчас активно ищет более дешёвые и регенерируемые сорбенты. В особенности это касается предприятий, где образуются окрашенные сточные воды и где традиционные методы очистки оказываются либо слишком дорогими, либо недостаточно эффективными. Пока речь идёт скорее о научно-техническом интересе и обсуждении возможных направлений сотрудничества, но сама тема магнитных наноструктурированных сорбентов сейчас развивается очень активно.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России по программе «Приоритет-2030».
Ранее Наука Mail рассказывала про способ очистки воды от органики за 90 минут.
