Ученые КНЦ СО РАН создали новые материалы для эффективной очистки воды
Новые высокопрочные пористые керамические материалы на основе дисперсных микросфер летучих зол и перлита, перспективные для использования их в качестве микрофильтрационных мембран, разработали специалисты Красноярского научного центра (КНЦ) СО РАН, 17 декабря сообщает пресс-служба центра.
Материалы, предложенные красноярскими учеными, способны производить практически 100-процентную очистку воды от твердых частиц и при этом могут использоваться повторно.
Результаты исследования нового материала разработчики представили в статье «Высокопрочная пористая керамика на основе дисперсных микросфер летучих зол и перлита», опубликованной в Журнале Сибирского федерального университета. Химия. 2024 17 (3).
Золошлаковые отходы тепловых электростанций (ТЭС) являются одними из основных загрязнителей окружающей среды по частицам-аэрозолям диаметром менее 2,5 микрометра (PM2.5) и менее 10 микрометров (PM10), которые находятся в атмосфере во взвешенном состоянии, ухудшая условия жизни и здоровье людей.
Для снижения этого вредного влияния работы ТЭС на окружающую среду наиболее действенным методом является увеличение эффективности улавливания твердых зольных частиц и последующая их утилизация. Ее можно осуществить в том числе за счет переработки этих частиц в полезные материалы, такие как керамические композиты различного назначения.
Ученые КНЦ СО РАН использовали для получения таких керамических материалов узкую фракцию дисперсных микросфер летучей золы из промышленных отходов от сжигания угля и измельченную горную породу вулканического происхождения — перлит.
Спеканием этих компонентов при температуре 1000 °C они получили пористые керамические композиты, в которых расположенные между частицами перлита зольные микросферы образуют структурный каркас и формируют пористую структуру. В свою очередь перлит, оплавляясь при термообработке, обеспечивает прочность всей конструкции.
Сформированная таким образом улучшенная микроструктура нового керамического материала обеспечивает ему прочность, значительно превышающую этот показатель у известных керамик.
Старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН кандидат химических наук Елена Фоменко рассказала о разработке:
«Основными критериями при получении керамических мембран являются их пористость, прочность, проницаемость, химическая стойкость и экономические показатели. Выбор исходного сырья обусловлен возможностью использовать крупнотоннажные дисперсные отходы и доступностью природных ресурсов для получения композиционных материалов. Также использование техногенных отходов позволяет существенно снизить стоимость фильтрационных и мембранно-разделительных материалов на их основе».
Ученые провели исследование фильтрующей способности нового материала, чтобы оценить перспективы создания из него фильтрационных мембран. Они профильтровали через мембрану с керамической пористой подложкой водную суспензию дисперсных микросфер летучей золы со средним диаметром 2,5 микрометра.
Эксперимент показал, что микросферы успешно отделились, а вода стала прозрачной. При этом степень очистки достигала около 100% за счет оседания твердых частиц на поверхности керамических мембран. Поскольку проникновения частиц внутрь мембраны не происходило, фильтры после очистки можно использовать повторно. Это одновременно уменьшит затраты на очистку и снизит нагрузку на окружающую среду.
Как отметил главный научный сотрудник Института космических технологий КНЦ СО РАН доктор химических наук Вячеслав Павлов, разработчики получили на основе природного перлита и микросфер летучих зол алюмокремнистого типа новые керамические материалы, обладающие улучшенной пористой микроструктурой, высокой механической прочностью, а также термической и химической устойчивостью, что делает перспективным их использование в качестве микрофильтрационных мембран.
«Результаты нашего исследования могут быть использованы при создании ресурсосберегающих технологий комплексной переработки крупнотоннажных отходов тепловой энергетики, очистки жидких и газовых сред в различных отраслях промышленности», — уточнил Вячеслав Павлов.
