Ученые разработали блокаторы тяжелых металлов для загрязненных водоемов
Новый тип материалов — блокаторы — создают ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) в Челябинске, работающие над разработкой сорбентов для очистки воды от промышленных отходов, сообщает 1 февраля пресс-служба вуза.
Исследователи из ЮУрГУ представили разработку материала, очищающего водоемы от тяжелых металлов и блокирующего их возврат в среду, в статье, опубликованной в журнале Nanomaterials. Работа сорбента была экспериментально проверена на пробах сточных вод Уральской горно-металлургической компании (УГМК), а также на грунтах с техногенными загрязнениями.
В своей статье ученые напоминают, что основными загрязнителями, которые необходимо контролировать во всех странах, являются тяжелые металлы, попадающие в водоемы из сточных вод промышленных предприятий цветной и черной металлургии, горнодобывающей, машиностроительной, химической и автомобильной промышленности.
Одним из элементов, контролируемых экологами, наряду с другими загрязнителями, является медь. Хотя медь в низких концентрациях необходима живым организмам и организм человека может регулировать ее уровень, ее высокая концентрация токсична и может привести даже к летальному исходу.
Действие материалов-блокаторов заключается в усиленном эффекте блокирования катионов тяжелых металлов за счет расположения их поверхности наноцентров, которые обменивают катионы и анионы кристаллической решетки на растворенные в воде или содержащиеся в грунте загрязнители окружающей среды. При этом они обладают способностью саморегуляции и декарбонизации.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Материаловедение и физико-химия материалов» ЮУрГУ Татьяна Лонзингер пояснила: «После окончания процесса поглощения ионов загрязнителей в саморегулирующейся блокирующей системе начинается процесс образования защитного поверхностного слоя с участием углекислого газа атмосферы, состоящего из карбонатов сложного состава, которые покрывают поверхность материала и превращают систему в экологически безопасный объект, на котором развиваются простейшие формы растительности».
В качестве сырья для блокаторов используются экологически чистые природные материалы. Ученые установили для них оптимальный химический состав, соотношение фазовых составляющих, прочностные характеристики элементов и количество активных наноцентров. При этом было установлено, что для перехода растворенных в водоемах тяжелых металлов в твердую фазу структура блокатора должна содержать твердый раствор, способный к катионному обмену.
Для уточнения необходимого состава адсорбента-блокатора учеными была построена теоретическую модель. Созданные на основе полученных с ее помощью данных образцы были испытаны на модельных растворах и подотвальных и сточных водах предприятий УГМК и на грунтах с техногенными загрязнениями.
Достигнутая через 8 суток контакта с материалом-блокатором степень удаления катионов церия (использованных как имитаторы радионуклидов) из высококонцентрированного раствора достигает 100%. Аналогичный результат достигнут для меди, для никеля он равен 90,3%, цинка — 96,31%. Срок полного удаления железа составил 4 дня.
Уже через 7 дней после контакта с материалом-блокатором в пробах УГМК концентрация мышьяка снизилась в 62,5 раза, кадмия — в 30 раз, меди — в 125, железа — в 247, марганца — в 590, никеля — в 7,5 и цинка — в 674 раза.
Разработчики уверены, что результаты их исследований показывают возможность практического применения синтезированных ими материалов-блокаторов для экологически безопасной очистки промышленных сточных вод загрязненного грунта.
Татьяна Лонзингер сообщила, что «через 2 недели в составе водной вытяжки из грунта в присутствии материала-блокатора исчезают мышьяк, кадмий, кобальт, никель, свинец. Через три месяца контакта с материалом-блокатором на мертвом грунте появляются простейшие жизненные формы, начинается процесс восстановления разрушенной окружающей среды».
