Обычный силикатный клей, сероводород и комнатная температура: российские исследователи создали материал, который в 14 раз превосходит активированный уголь по эффективности удаления токсичных ионов меди.
Исследователи из России создали новый сорбент для очистки воды от двухвалентных ионов меди — одного из наиболее распространенных тяжелых металлов, угрожающих экосистеме и здоровью человека. Этот материал оказался не только высокоэффективным, но и экономически выгодным в производстве: его получают из кремнезема, обработанного сероводородом, при этом весь процесс синтеза осуществляется в одну стадию и при комнатной температуре. Результаты исследования опубликованы в журнале Inorganic Chemistry Communications.
Не уголь, а гель: новый материал эффективнее в 14 раз
Авторы исследования — сотрудники Дагестанского федерального исследовательского центра РАН и Дагестанского государственного университета — пропускали сероводород через силикатный клей. В результате образовывался пористый гель, способный активно связывать ионы меди. В отличие от множества аналогов, данный материал не требует дополнительной промывки после синтеза: побочные соли не только не мешают процессу, но и способствуют осаждению металла. Это позволяет снизить расход воды и удешевить производство.
Тесты показали, что один грамм сорбента может поглотить до 183 миллиграммов меди. Для сравнения, активированный уголь, который широко используется в фильтрах, удерживает примерно в 14 раз меньше. При этом до 99% меди удаляется из воды всего за два часа, особенно эффективно это происходит в кислой и нейтральной среде.
Исследователи выяснили, что ионы меди связываются с серосодержащими и гидроксильными группами на поверхности материала. В результате формируются устойчивые соединения — гидроксид и сульфид меди, которые надежно «запираются» внутри структуры сорбента.
Горячие стоки — не проблема
Исследователи отдельно изучили, как материал ведет себя при повышенной температуре. Выяснилось, что при нагреве воды до 40°C эффективность очистки возрастает. Это делает разработку многообещающей для металлургической и химической промышленности, где сточные воды зачастую имеют высокую температуру.
Согласно данным ВОЗ, содержание меди в питьевой воде не должно превышать 2 миллиграмма на литр, а в России требования еще более строгие — 1 мг/л. Тем не менее, в промышленных регионах эти показатели часто оказываются выше из-за недостатков в очистке стоков.
Аналогичные пористые материалы активно разрабатываются для решения других экологических проблем — например, для улавливания бензола, метана и нефтепродуктов. В последние годы химики все чаще применяют металл-органические каркасы, аэрогели и кремнеземные структуры в качестве основы для «умных» фильтров нового поколения.