Новый адсорбент из семян папайи поможет очистить сточные воды
Международный коллектив ученых, в который вошли ученые Уральского федерального университета (УрФУ), синтезировал адсорбент для очистки сточных вод. Он создан на основе семян папайи, недорогой и с высоким адсорбционным потенциалом. Материал очищает воду от высокоокрашенного красителя («Конго красный»), который широко распространен в текстильной, полиграфической и пластмассовой промышленности. Описание метода и результаты исследования опубликованы в Journal of Molecular Liquids.
Новый адсорбент прост в использовании и не опасен для здоровья. Он состоит из порошка семян папайи и наночастиц оксида железа. Семена папайи эффективно удаляют красящий элемент из сточных вод, а железо ускоряет процесс отделения сорбента от очищенной воды. В итоге адсорбент удаляет из воды более 90% красителя «Конго красный».
«Сорбент можно очистить и использовать повторно примерно пять раз. Порошок можно промыть от сорбированных частиц водным раствором поваренной соли или, что более эффективно, водным раствором щелочи. При промывании щелочью сорбционная способность материала восстанавливается до более чем 90%. Только на последнем цикле промывания наблюдается падение сорбирующей способности до 84%», — поясняет соавтор исследования, ведущий научный сотрудник лаборатории органического синтеза Инновационного центра химико-фармацевтических технологий УрФУ, ведущий научный сотрудник Института органических соединений Уральского отделения РАН Григорий Зырянов.
Для исследования полученного адсорбента химики использовали различные методы, в том числе сканирующую электронную микроскопию и рентгеновскую спектроскопию. В результате экспериментов ученые определили оптимальные условия, в которых сорбент показал максимальную эффективность очищения воды. По словам Григория Зырянова, наилучшим образом сорбент работает при температурах от комнатной до +60℃. Более высокая температура запустит обратный процесс десорбции, а в холодной воде процесс будет протекать медленнее. Также необходим определенный уровень кислотности воды для увеличения интенсивности электростатических взаимодействий молекул красителя и фрагментов, находящихся в составе семян папайи. Время контакта тоже играет роль: максимальная эффективность очистки достигается при нахождении сорбента в воде не менее двух часов.
На следующем этапе работы химики проверят эффективность сорбента по отношению к другим красителям.
Как отмечают ученые, проблема утилизации красителей в текстильной, кожевенной и красильной промышленности актуальна. Красители оказывают негативное воздействие на здоровье человека и окружающую среду. В воде они не разлагаются, а попадая в организм человека, вызывают аллергические реакции, нарушение сна, нервные расстройства. Кроме того, накапливаясь, они могут стать причиной респираторных и даже раковых заболеваний.
Отметим, что часть работ выполнена при поддержке грантов Совета по грантам Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых и по государственной поддержке ведущих научных школ Российской Федерации (грант поддержки научных школ НШ-2700.2020.3 за 2020-2021 гг.) и Российского научного фонда (проект № 18-13-00365).
Над разработками трудится научная группа «Зеленые и механохимические технологии для создания перспективных функциональных материалов для медицины и техники». В ее составе более 90% — молодые ученые (аспиранты, постдоки, кандидаты наук). Исследования проводятся под руководством Григория Зырянова.
Напомним, что «Конго красный» представляет собой высокоокрашенный синтетический краситель, имеющий множество применений. Используется для окрашивания текстильных, бумажных и пластмассовых изделий, а также клеток и тканей в биологических исследованиях. Является канцерогенным веществом.
Проблема загрязнения сточных вод промышленными предприятиями создает серьезные угрозы как для здоровья человека, так и для окружающей среды. Ученые Университета Организации Объединенных Наций выяснили, что ежегодно в мире образуется 359 млрд кубометров сточных вод, и около 48% этой воды в настоящее время сбрасывается без очистки. Аудиторы Счетной палаты РФ отмечают, что 88% сточных вод, подлежащих очистке, сбрасываются не очищенными до требуемого уровня.
Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации