Skip to Content

АДСОРБЕНТЫ ДЛЯ ХРОМА

Гальваническое производство считается едва ли не самым вредным по воздействию на окружающую среду. На предприятиях, где оно есть, образуется много сточных вод, которые попадают в подземные и поверхностные водоемы. Одни из наиболее опасных веществ, содержащихся в таких стоках, — соединения шестивалентного хрома. Вопросом о том, как избавить воду от вредной примеси, задался научный сотрудник лаборатории ультрадисперсных систем Института химии ФИЦ Коми научного центра УрО РАН кандидат химических наук Василий Михайлов. Подробнее о проекте, поддержанном президентским грантом, молодой ученый рассказал корреспонденту «НУ».
— Василий Игоревич, что вас подвигло заниматься проблемой неполной очистки сточных вод?
— Не секрет, что эта проблема глобального характера: более 71% поверхности Земли покрыто водой, но ввиду присутствия в ней различных загрязнений для питья пригодно менее 1%. При этом объем естественных загрязняющих веществ по сравнению с антропогенными достаточно мал, поэтому ученые активно занимаются этой темой. Количество исследований, посвященных адсорбционной очистке воды природными и синтетическими сорбентами, быстро растет, но остается ряд проблем, требующих особого внимания. Так, с практической точки зрения необходима разработка новых недорогих, экологичных, стабильных и одновременно высокоэффективных адсорбентов тяжелых металлов. Есть острая необходимость в исследованиях, посвященных использованию адсорбентов для очистки воды в условиях, приближенных к промышленным. Имеется также ряд фундаментальных вопросов — например, о взаимосвязи адсорбционных характеристик с составом и структурой адсорбента.
— В вашем исследовании вы сосредоточены на таких загрязняющих веществах, как соединения шестивалентного хрома. Чем они опасны?
— Хром в водной среде существует в основном в трехвалентном Cr(III) или шестивалентном Cr(VI) состоянии. При этом именно соединения шестивалентного хрома — одни из наиболее опасных для живых организмов веществ даже при низких их концентрациях в воде. Они способны проникать через клеточную мембрану за счет структурного подобия с сульфатами и реагировать с внутриклеточным материалом, взаимодействовать с ДНК. Эти вещества имеют выраженный канцерогенный и ряд других токсических эффектов. В связи с этим соединения шестивалентного хрома относятся к третьему классу опасности вредных веществ. Предельно допустимая их концентрация в объектах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования установлена на уровне 0.05 мг/л.
— Как эти токсичные вещества попадают в воду?
— Хром содержится во многих природных объектах, но в значительных количествах попадает в воду в основном за счет антропогенных источников. Это предприятия текстильной, кожевенной, деревообрабатывающей промышленности, металлургии и другие. Одним из наиболее масштабных загрязнителей сточных вод шестивалентным хромом являются гальванические производства, число которых как в России, так и в мире достаточно велико.
— Каков механизм действия разрабатываемого вами адсорбента?
— В основе предложенного способа водоочистки лежит процесс адсорбции — поглощения поверхностью твердого тела различных веществ из окружающей среды за счет физических или химических взаимодействий. В нашем случае при внесении в загрязненную воду магнитного адсорбента хром из раствора будет переходить на его поверхность. За счет магнитных свойств адсорбента его вместе с поглощенным шестивалентным хромом можно будет легко отделить от очищенной воды с помощью магнита.
— А как сейчас борются с загрязнением воды соединениями шестивалентного хрома?
— Чаще всего применяют так называемые реагентные методы, например, коагуляцию или восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного с последующим его осаждением в форме гидроксида хрома и механическим удалением. К недостаткам таких методов относятся высокие капитальные и эксплуатационные расходы, загрязнение воды вводимыми реагентами, а также проблема утилизации остаточного металлосодержащего шлама. Концентрированные стоки гальванических производств успешно очищаются химическими и механическими процессами, однако промывные воды, по сути — разбавленные хромсодержащие растворы, очистить до уровня предельно допустимой концентрации проблематично. И здесь на помощь приходит адсорбция, одна из наиболее экологически чистых технологий извлечения различных веществ из водных сред. Она отличается низкой стоимостью, простотой реализации и высокой эффективностью при относительно невысоких концентрациях загрязнителей. Поэтому адсорбционную очистку, как правило, используют на заключительных этапах водоочистки для более полного удаления вредных веществ, когда другие методы с этой задачей не справляются.
— Какими еще преимуществами обладает разрабатываемая вами технология?
— Предполагается, что наши материалы будут иметь повышенную сорбционную емкость и высокую скорость адсорбции по отношению к шестивалентному хрому. Кроме того, разрабатываемый адсорбент будет недорогим благодаря использованию доступных по цене реагентов и малозатратных методов синтеза. Полученные материалы можно будет легко отделить от очищенной воды, провести удаление адсорбированного хрома с поверхности и использовать повторно в нескольких циклах водоочистки.
Адсорбент планируется исследовать в различных вариантах адсорбции. Первый заключается в помещении его в определенный объем загрязненной хромом воды с последующим магнитным отделением. Этот способ позволит определить ряд характеристик адсорбента, например, его адсорбционную емкость и механизм адсорбции. Вторым, более приближенным к промышленным условиям, является колоночный вариант, когда загрязненную воду пропускают через слой адсорбента, получая на выходе определенный объем очищенной воды. Также в планах исследование модельных или реальных сточных вод гальванических производств, содержащих помимо соединений хрома другие неорганические соединения: катионы меди, никеля, а также сульфаты, фосфаты, хлориды и нитраты.
— Проявили ли уже заинтересованность предприятия, которым может быть полезна ваша разработка?
— Пока нет, так как о проекте еще нигде не сообщалось. Вначале планируется провести эксперименты по получению адсорбционных материалов и исследовать их для доказательства ожидаемых преимуществ. Результаты работы будут опубликованы в научных журналах, а также представлены на мероприятиях различного уровня, где нередко принимают участие и представители промышленности.
Беседу вел Павел КИЕВ
 
Год: 
2019
Месяц: 
октябрь
Номер выпуска: 
19
Абсолютный номер: 
1201
Изменено 09.10.2019 - 14:22


2012 © Российская академия наук Уральское отделение
620990, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 91
makarov@prm.uran.ru +7(343) 374-07-47