Международный коллектив ученых во главе с сотрудниками Уральского федерального университета синтезировал сорбент, который удаляет из водных растворов такие тяжелые металлы, как медь и цинк. С его помощью можно очищать шахтные и рудные, а также сточные воды промышленных предприятий и питьевую воду. В его основе один из самых распространенных возобновляемых материалов на Земле.
Создан эффективный сорбент, очищающий воду от цинка и меди / ©Getty images
Проект поддержал Российский фонд фундаментальных исследований. Статья с описанием результатов опубликована в International Journal of Molecular Sciences. «Основа синтезированного сорбента — хитозан. Это природный биополимер, который получают путем щелочной обработки хитина. Он содержится в водорослях, дрожжах и является основным компонентом клеточных стенок грибов, экзоскелетов членистоногих и других беспозвоночных, – рассказывает Елена Ковалева, руководитель исследовательской группы, ведущий научный сотрудник лаборатории органического синтеза УрФУ.
– Хитин — один из самых распространенных возобновляемых материалов на Земле. В свое время мы со студентами в Руанде провели исследования, которые показали, что наиболее доступный источником хитина, помимо дорогостоящих панцирей ракообразных, — это организмы насекомых. Их можно разводить специально для получения биомассы хитина».
Хитозан сам по себе обладает выраженными адсорбционными свойствами, так как содержит амино- и гидроксильные группы, которые легко притягивают металлы. Однако химикам удалось усилить эти свойства. К хитозану они добавили глутаральдегид и эпихлоргидрин, а затем модифицировали его с помощью диэтилентриамина и монохлоруксусной кислоты.
«В серии экспериментов мы установили, что наиболее продуктивно процессы адсорбции ионов меди и цинка протекают при комнатной температуре и показателе кислотности водных растворов pH, равном 3,5. Максимальная, 60-процентная, адсорбция ионов меди и цинка из водного раствора происходила в течение 40 минут в первом случае и 60 минут — во втором.
Таким образом, модифицированный нами хитозан продемонстрировал лучшие адсорбционные характеристики по сравнению с такими известными сорбентами, как активированный уголь, бентонит, шабазит, целлюлоза, рисовая шелуха, и другими», — сообщает Асмаа Абуельсоад, аспирантка кафедры технологии органического синтеза УрФУ, основной исполнитель исследовательского проекта.
На втором этапе работ исследовательская группа, в которую, помимо сотрудников УрФУ, входят ученые из Египта, Италии, Саудовской Аравии и Иордании, попробовала восстановить сорбент. В результате экспериментов они выяснили, что для этих целей подходят азотная кислота и мочевина.
«Другими словами, полученный нами сорбент пригоден для многократного использования. А медь и цинк, извлеченные в результате цикла адсорбции и десорбции, вернутся в промышленное производство. Таким образом технология очистки с помощью нашего сорбента промышленных стоков, а также питьевой воды, экологичная и экономичная», — подчеркивает Елена Ковалева.
Напомним, что медь, цинк, как и ртуть, свинец, мышьяк и некоторые другие химические элементы, относятся к тяжелым металлам. Большое количество тяжелых металлов содержится в промышленных стоках, которые могут вызывать загрязнение водных ресурсов. Для питьевой воды медь и цинк токсичны — несмотря на важность для промышленных и сельскохозяйственных процессов.
Чрезмерное потребление меди вызывает высокое кровяное давление, повреждение почек и печени, респираторные заболевания и судороги. Избыточное количество цинка может вызвать болезни желудка, раздражение кожи, судороги и анемию. Поэтому в последние несколько десятилетий наука уделяет большое внимание задаче удаления этих загрязняющих веществ из воды.
