Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Ученые разработали фильтр для очистки воды из отходов целлюлозно-бумажного производства
Доступ к чистой воде — глобальная проблема, особенно в удаленных районах и при чрезвычайных ситуациях. Положение усугубляют промышленные отходы, например, от лесопереработки и мебельного производства, которые загрязняют среду при утилизации. Обычные методы очистки (угольные фильтры, химические таблетки, мембраны) имеют недостатки: дорогое сырье, высокие энергозатраты, неприятный привкус, засорение. Они борются со следствием — грязной водой, — но не с ее причиной: токсичными выбросами от предприятий. В итоге ресурсы тратятся на очистку воды, которая продолжает загрязняться. Ученые Пермского Политеха разработали технологию, превращающую многотоннажные отходы — лигносульфонаты и старые древесностружечные плиты — в действенные сорбенты для очистки воды, которые в три раза эффективнее коммерческих аналогов.
Проблема доступности чистой питьевой воды остается одной из ключевых для человечества. По данным ВОЗ, 2,1 миллиарда жителей планеты в мире не имеют доступа к чистой воде, а 106 миллионов пьют воду непосредственно из неочищенных поверхностных источников. Особенно остро эта проблема стоит в отдаленных районах, где отсутствует стационарная инфраструктура водоснабжения, а также в условиях чрезвычайных ситуаций и природных бедствий, когда обеспечение безопасной воды для потребления становится жизненно важным.
Положение усугубляет тот факт, что крупные промышленные предприятия становятся мощными источниками загрязнения.Например, на лесоперерабатывающем и мебельном производах ежегодно образуются миллионы тонн трудноперерабатываемых отходов: опилки, стружка, а также специфические лигносульфонаты — жидкие остатки от производства целлюлозы — и отработавшие свой срок древесностружечные плиты (основной материал для корпусной мебели). Их захоронение или сжигание наносит ущерб окружающей среде, отравляя воздух, почву и водные ресурсы.
Традиционно для очистки воды в полевых условиях или в экстренных ситуациях используются фильтры на основе промышленных активных углей – сорбентов. Данные материалы, как губки, впитывают загрязнения благодаря своей пористой структуре. Однако их производство имеет несколько существенных минусов. Во-первых, оно часто требует специального, иногда дефицитного и дорогого сырья (например, скорлупы кокоса или каменного угля), что повышает стоимость конечного продукта. Во-вторых, сам процесс их изготовления требует больших затрат энергии.
Кроме того, существуют и другие аналоги для экстренной очистки, например, химические таблетки на основе хлора или йода, которые, однако, могут оставлять неприятный привкус и неэффективны против некоторых видов загрязнений, или мембранные фильтры, которые легко засоряются и требуют технического обслуживания. Однако все эти методы не решают системной проблемы: они лишь борются со следствием (грязной водой), никак не влияя на причину ее загрязнения — промышленные отходы. Фактически, происходит трата ресурсов на очистку воды, которая продолжает загрязняться теми же промышленными процессами.
Решение этой проблемы предложили ученые Пермского Политеха. Они разработали технологию превращения многотоннажных отходов — лигносульфонатов и старых древесностружечных плит — в высокоэффективные углеродные сорбенты для очистки воды. Статья опубликована в сборнике конференции «Химия. Экология. Урбанистика», 2025 год.
Для этого исследователи использовали метод термохимического пиролиза — нагрев сырья без доступа кислорода. В результате сложных химических процессов образуется не пепел, а пористый углеродный материал, структура которого напоминает активированный уголь с миллионами микроскопических пор-ловушек для загрязняющих веществ.
Чтобы проверить их эффективность, ученые провели серию лабораторных экспериментов, имитирующих работу простого полевого фильтра. В емкости с определенным объемом природной воды (три-пять литров) добавляли точные дозы сорбентов. Опытным путем было установлено, что для достижения максимального эффекта — так называемого адсорбционного равновесия, когда сорбент полностью «насыщается» загрязнениями, — вода должна контактировать с материалом в течение 60 минут.
Новые сорбенты из лигносульфонатов и древесностружечных плит тестировали с тремя коммерческими порошковыми активными углями, которые сегодня считаются эталоном для подобных целей: углем из древесины березы, из скорлупы кокоса и из каменного угля. Эффективность каждого материала оценивали по трем ключевым для качества питьевой воды показателям: мутности (наличие взвешенных частиц), цветности (присутствие растворенных органических соединений, например, гуминовых веществ) и перманганатной окисляемости(количество органических примесей в целом). Результаты измерений сравнивали с нормативами СанПиН.
— Для испытаний применяли углеродные сорбенты в количестве от 20 до 60 мг на литр воды. При минимальной концентрации в 20 миллиграммов на кубический дециметр их эффективность была невысокой. Так, березовый аналог снижал содержание органических примесей лишь на 5,2%, а удаление цветности составляло 25%. Материал на основе скорлупы кокоса показал результат чуть лучше: 10,5% по органике и 20% по цветности. Образец, полученный из каменного угля, продемонстрировал схожие показатели: 7,9% по удалению органики и 33% по цветности, — рассказала Анна Ардуанова, старший преподаватель кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Однако даже при увеличенной концентрации в 40 миллиграммов на кубический дециметр они не достигали предельно допустимых норм. Например, при таком количестве оба промышленных образца — и из древесины, и из каменного угля — все еще не справлялись с органическими загрязнениями, оставляя в воде 5,28 и 6,9 мгО/дм³ соответственно, при норме не более 5,0 мгО/дм³.
Следовательно, промышленные активные угли показали низкую эффективность очистки на малых дозах и требовали значительного увеличения концентрации (до 60 миллиграммов на кубический дециметр) для достижения нормативов по качеству воды.
— В то же время, новые сорбенты при минимальном расходе (20 миллиграммов на кубический дециметр) показали высокие результаты. Сорбент из лигносульфонатов удалял 64,5% органических загрязнений, а сорбент из древесностружечных плит снижал цветность воды на 70%, — пояснила Анна Ардуанова.
Это означает, что новый материал из лигнинцеллюлозных отходов справляется с органическими загрязнениями в 6-12 раз эффективнее, чем промышленные образцы при равном расходе. В то же время сорбент из древесностружечных плит превосходит по осветлению воды (удалению цветности) промышленный уголь в 3,5 раза.
Более того, по некоторым параметрам (например, удаление цветности) сорбенты из отходов при расходе 20 миллиграммов на кубический дециметр показали результат, близкий к тому, который промышленные образцы демонстрировали лишь на дозе в 60 миллиграммов на кубический дециметр. Таким образом, эксперимент выявил ключевое конкурентное преимущество новой технологии — в три раза более высокую эффективность,что означает существенную экономию материала при одинаковом или лучшем результате очистки.
Таким образом, разработка ученых открывает путь к созданию недорогих, легких и компактных фильтров одноразового использования. Это, в свою очередь, позволяет реализовать принципиально новую экономическую модель замкнутого цикла, где затраты на утилизацию опасных отходов превращаются в инвестиции в производство востребованного продукта. Старая мебель или отходы целлюлозного завода могут стать источником материалов для обеспечения людей чистой водой в самых сложных условиях.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые проверили 100 популярных кормов для собак и кошек и во многих из них нашли ПФАС, так называемые «вечные химикаты», причем одни из самых высоких концентраций обнаружили в продуктах на основе рыбы. Во многих случаях их уровень превышает пороги безопасности для людей, установленные европейским регулятором.
Оказалось, что насекомые активно избегают влажных поверхностей.
Во время обследования почти 900 собак ученые выявили 12 пород, склонных к брахицефалическому обструктивному синдрому дыхательных путей, который может ухудшать сон и влиять на переносимость физических нагрузок. Авторы нового исследования выяснили, что список пород, предрасположенных к серьезным нарушениям дыхания, куда шире, чем считалось ранее.
Ученые проверили 100 популярных кормов для собак и кошек и во многих из них нашли ПФАС, так называемые «вечные химикаты», причем одни из самых высоких концентраций обнаружили в продуктах на основе рыбы. Во многих случаях их уровень превышает пороги безопасности для людей, установленные европейским регулятором.
Ученые из Института космических исследований РАН и МФТИ раскрыли химический механизм, объясняющий появление молекул воды на поверхностях астероидов.
Исследователи Санкт-Петербургского государственного университета разработали эффективный способ обнаружения в крови важнейшего биомаркера иммунитета — неоптерина — с помощью нанотехнологий и лазера.
Астрономы недавно проанализировали базу данных о падающих на Землю объектах и пришли к выводу, что два из них прибыли из межзвездного пространства. Известна не только дата, но и место падения каждого из них.
Международная команда палеонтологов описала новый вид динозавра размером с крупную современную птицу. Он носил на голове плотный костяной нарост, который эти животные, возможно, использовали для внутривидовых разборок. Находка показывает, что даже мелкие хищники мелового периода могли решать конфликты не только когтями и зубами, но и ударами головой.
Образцы грунта, взятые астронавтами полвека назад, вложили еще один важный кирпич в здание научной картины мира: гипотеза о том, что Земля исходно была сухой, не стыкуется с фактами. Похоже, идею о невозможности сохранения большого количества воды на «теплых» планетах придется пересмотреть.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно