Ученые Института металлургии Уральского отделения РАН и Уральского федерального университета синтезировали высокопродуктивный композитный сорбент многоразового использования для удаления хрома из воды. Испытания сорбента на сточных водах одного из предприятий Свердловской области показали возможность извлекать хром из сточных вод, очищая их до качества питьевой воды. Полученные при этом соединения хрома возвращаются в производственные процессы.
Хром легко проникает в воду, почву, растения, являясь токсичным загрязнителем окружающей среды — мутагеном и канцерогеном. Способ переработки накопленных хромсодержащих отходов, предложенный уральскими учеными, — путь к решению злободневной проблемы не только для России, но и для многих других стран.
Результаты экспериментов позволяют исследователям утверждать, что синтезированный композитный сорбент является исключительно эффективным, а разработанная технология очистки воды чрезвычайно перспективна для практического применения и существенно превосходит аналоги. Статья с описанием научной работы опубликована в журнале Hydrometallurgy.
За основу созданного сорбента ученые взяли глинистый минерал монтмориллонит, традиционно используемый в сорбционных технологиях. На первом этапе разработки минерал модифицировали наночастицами магнетита.
«Это утяжелило мелкие и легкие частицы монтмориллонита и позволило затем без труда осадить их вместе с адсорбированным хромом, приложив магнитное поле», — объясняет Денис Ординарцев, руководитель исследовательской группы, старший научный сотрудник Института металлургии УрО РАН.
На следующей стадии синтеза нового сорбента в слоистую структуру монтмориллонита ввели молекулу основного сорбционного элемента из группы катионных поверхностно-активных веществ, селективного по отношению к хрому.
«Это привело к значительному расширению межслоевого пространства монтмориллонита. Как следствие, сорбционная емкость материала увеличилась в 5 раз, с 20% у исходного минерала до 98-99% у полученного композита», — добавляет Денис Ординарцев.
Синтезированный сорбент поместили в водный раствор с содержанием хрома.
«В ходе их взаимодействия слои сорбента слегка сжимаются, прочно удерживая частицы хрома. При добавлении в раствор щелочи происходит обратный процесс — десорбция: сорбент выпускает хром и после этого направляется на дальнейшее использование», — описывает Ординарцев.
Остатки хрома в растворе адсорбировали осаждением на золе железа (однородной взвеси наноразмерных частиц) — веществе, также селективном по отношению к хрому. В итоге был получен водный раствор, очищенный от хрома и имеющий качество водопроводной воды.
«Вместе с тем мы получили две группы хромсодержащих веществ — чистые соединения хрома, образовавшиеся в результате адсорбции синтезированным композитным сорбентом, и хромисто-железный концентрат — продукт доочистки раствора золем железа. Чистые соединения хрома необходимы, к примеру, для изготовления нержавеющей и хромированной стали, электроизоляционного и антикоррозионного покрытий, в авиакосмической промышленности и даже при производстве кожаных изделий. Хромисто-железный концентрат используется, в том числе, в легировании железа для получения, например, хромистых чугунов», — отмечает Светлана Эстемирова, участник исследований, соавтор статьи, заведующая учебной лабораторией кафедры металловедения УрФУ.
Таким образом ученые создали безотходную технологию переработки хромсодержащих отходов.
«Наш сорбент отличается максимальной сорбционной эффективностью и предназначен для многоразового использования, что предотвращает истощение запаса глин. Применение сорбента не приведет к образованию новых отходов», — подчеркивает Денис Ординарцев.