- Статьи
- Наука и техника
- Битва титана: российские ученые разработали новое средство для очистки сточных вод
Битва титана: российские ученые разработали новое средство для очистки сточных вод
Российские ученые создали инновационный состав из частиц диоксида титана-кремния, который позволит очищать сточные воды, а также ядовитый пар на предприятиях полного цикла. Как утверждают разработчики, новая технология значительно дешевле существующих, а само вещество будет работать даже при экстремально высоких температурах. Разработка поможет предотвратить такие нештатные ситуации, как авария на ТЭЦ в Норильске, когда произошла утечка из резервуара с дизельным топливом, считают эксперты.
Чудо-камень анатаз
Промышленные предприятия загрязняют водные экосистемы сточными водами. В них содержатся стойкие органические соединения — ядовитые вещества, которые негативно влияют на здоровье людей и окружающую среду. Такие соединения нужно удалять из вод.
Сейчас популярны два способа очистки стоков от органических соединений: адсорбция (поглощение ядов из раствора или газовой смеси поверхностным слоем жидкости или твердым телом — адсорбентом) и реагентное окисление. Их считают дорогими. Дешевле безреагентная фотокаталитическая очистка воды, при которой яды разрушаются из-за химических реакций, происходящих под действием света в присутствии фотокатализаторов.
Аспирант кафедры экологии и химической технологии ИЕТН ЮУрГУ Александр Горшков
Ученые из Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) смогли получить фотокатализатор с термостабильным микропористым покрытием на основе минерала анатаза (оксида титана-кремния). Это полупрозрачный камень разнообразной цветовой гаммы, который встречается на Приполярном Урале в месторождениях горного хрусталя, распространен на Среднем и Южном Урале, на севере Хабаровского края.
— Инновационность нашего способа в том, что он позволяет с помощью относительно недорогих и малотоксичных реактивов и в результате относительно несложной процедуры получать механически прочные термостабильные микропористые покрытия на основе анатаза, — объяснил автор патента, аспирант кафедры экологии и химической технологии ИЕТН ЮУрГУ Александр Горшков. — Они проявляют довольно высокую фотокаталитическую активность по отношению к стойким органическим загрязнителям (таким как фенольные соединения) даже при низком воздействии облучения.
На высоких температурах
Новый фотокатализатор превосходит по своим свойствам те, которые применяют для очистки сточных вод сейчас, утверждают разработчики. У существующих аналогов состава низкая термическая стабильность, ограничивающая их применение во многих технологических процессах. При нагревании свыше 400 °C в других веществах на основе диоксида титана зачастую наблюдается агломерация кристаллов (то есть их срастание в единое целое), а чем больше их размер, тем хуже каталитическая активность.
Аэротенки, где происходит биологическая очистка сточных вод
Предложенный же Александром Горшковым способ получения термостабильного покрытия не дает снизить активность фотокатализатора при нагревании до 700 °C, потому что нанокристаллы анатаза стабилизированы на силикатной подложке. Помимо термостойкости, это дает более высокую механическую прочность материалу.
Наличие микропор в веществе повышает активность катализатора — это свойство влияет на высокую удельную площадь поверхности. Это делает новые катализаторы многофункциональными: их можно применять для очистки не только воды, но и пара.
От катализатора до водоочистной установки
Как пояснили разработчики, очистка сточных вод будет проходить в два этапа. Сам процесс будет происходить в специальном проточном реакторе. Сначала инновационное покрытие наносится на стеклянные пластины, затем они помещаются в установку (сверху она накрывается прозрачным кварцевом стеклом либо полиэтиленовой пленкой, так как ядовитые вещества будут испаряться) и облучаются либо ультрафиолетовыми лампами, либо солнечным светом.
Оборудование на территории очистных сооружений
Затем в русло проточного реактора запускается вода, загрязненная хлором, фенолом, смолами и другими органическими загрязнителями. Под действием излучения фотокатализаторы выделяют активные радикалы, которые и разрушают ядовитую органику.
Новое покрытие уже показало хороший результат во время испытаний на феноле в смоделированных лабораторных условиях, сообщили «Известиям» авторы изобретения. Следующим шагом будет разработка, создание и испытание пилотной водоочистной установки.
Не повторить Норильск
Воду нужно очищать от продуктов нефтепереработки, даже если предприятие работает в обычном режиме, сообщила «Известиям» профессор базовой кафедры фотоники и лазерных технологий Сибирского федерального университета (вуза — участника проекта повышения конкурентоспособности образования «5-100») Евгения Слюсарева. Тем более технологии очистки необходимы в нештатных ситуациях — таких как авария на ТЭЦ в Норильске в мае 2020 года, когда произошла утечка из резервуара с дизельным топливом.
— Как правило, для воды используется первичная очистка (механическая), затем более глубокая (за счет фильтров). В качестве перспективного дополняющего метода используют фотодеструкцию ароматических соединений до химически безопасных для человека и окружающей среды органических продуктов, — отметила специалист. — Разработка состоит в создании материала, сочетающего в себе гидрофильные свойства, механическую прочность и высокую каталитическую активность. Это важный и интересный результат.
Дизельное топливо в воде на месте разлива на ТЭЦ-3 в Норильске, 16 июня 2020 года
Однако для крупномасштабных систем очистки новый способ, скорее всего, не подойдет, считает профессор кафедры экологического мониторинга и прогнозирования РУДН Александр Луканин.
— Речь скорее о повышении технологичности очистки наночастицами при их иммобилизации на титановых носителях для снижения уноса этих частиц в воду, — пояснил эксперт.
Сами разработчики уверены, что их фотокатализаторы будут незаменимы на предприятиях полного цикла — угольных, нефтехимических и деревообрабатывающих.
