Нано-мембраны для очистки промышленных стоков от тяжелых металлов

Нано-мембраны для очистки промышленных стоков от тяжелых металлов

Инновационные мембраны для полного удаления тяжелых металлов из отработанных вод промышленных предприятий представили ученые НИТУ "МИСиС" совместно с индийскими коллегами из университетов Джайн и Шри Дхармастхала. Особая наноструктура оксида алюминия, модифицированного цинком, позволила удалять из воды мышьяк и свинец с эффективностью 87% и 98% соответственно. Результаты работы опубликованы в журнале Chemosphere. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653521004938?via%3Dihub

Индустриализация - основная причина загрязнения воды из-за попадания промышленных отходов. В частности, тяжелые металлы - мышьяк, свинец и кадмий -вызывают нарушение обмена веществ и множественные критические повреждения организма, что делает их чрезвычайно токсичными для окружающей среды.

Одним из самых перспективных методов очистки и удаления ионов тяжелых металлов из воды является мембранная технология. Она эффективна в качестве разделителя материалов ("фильтра") и относительно проста в производстве. При этом имеет серьезные ограничения, такие как высокое потребление энергии, короткий срок службы мембран, низкая производительность и избирательность.

Задача ученых - сделать мембранную технологию более универсальным и коммерчески доступным способом очистки сточных вод. Международный коллектив исследователей из России и Индии предложил решение вопроса, синтезировав новый вид мембран - особо пористые наночастицы оксида алюминия, легированного цинком.

"Наночастицы, которые нам удалось получить методом сжигания раствора, имеют очень большую площадь поверхности (261,44 м2/г) при размере 50 нанометров. Изображения поперечного сечения наночастиц, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии, показали пальцеобразную морфологию и пористую природу мембран, - рассказал соавтор работы, постдок НИТУ "МИСиС" Вигнеш Наяк.

По данным ученых, синтезированные мембраны показали повышенную гидрофильность (смачиваемость), поверхностный заряд и "сверхпористость", что позволило удалить из водного раствора мышьяк и свинец с эффективностью 87% и 98% соответственно.

Вторым важным преимуществом полученных мембран являются "противообрастающие свойства". Так называют устойчивость материала к обрастанию водными микроорганизмами, которые в итоге выводят из строя приборы и устройства, долго находящиеся в водных средах.

Исследование противообрастающих свойств, проведенное разработчиками при различных давлениях с исходным раствором, содержащим бычий сывороточный альбумин, показало 98,4% степени восстановления и возможность повторного использования мембран до трех непрерывных циклов.

В перспективе полученные мембраны можно использовать для эффективной очистки стоков промышленных предприятий, а также в крупных городских водоочистительных станциях. В настоящее время коллектив завершает лабораторные испытания полученных образцов.

Справка о НИТУ "МИСиС"

НИТУ "МИСиС" - один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ "МИСиС" также представляет собой полноценный научный центр. Университет занимает ведущие позиции в мире в предметных рейтингах THE, QS и ARWU сразу по 16 направлениям, входя в топ-100 в категориях "Инжиниринг-Горное дело" (рейтинг QS) и "Инжиниринг-Металлургия" (рейтинг ARWU), в области материаловедения НИТУ "МИСиС" в группе 101+ лучших вузов (рейтинг QS).

Стратегическая цель НИТУ "МИСиС" к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации: материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нанотехнологий и ИТ. В состав университета входит 10 институтов, 6 филиалов - четыре в России и два за рубежом. В НИТУ "МИСиС" учится более 20 000 обучающихся, среди них 26% - это студенты из 84 стран мира. В университете действуют более 30 научно-исследовательских лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие российские и зарубежные ученые. НИТУ "МИСиС" успешно реализует совместные проекты с крупнейшими высокотехнологичными компаниями России и мира.