Российские ученые открыли минерал для очистки воды

Согласно отчету Всемирной Организации Здравоохранения, только 12 процентов сточных вод в России безопасно очищаются от загрязнений. Однако сточные производственные воды наносят большой вред экологии, содержащие токсичные металлы, которые, попадая в пищевую цепочку, вызывают серьезные заболевания как у растений, животных, так и у человека.

Длительное воздействие таких веществ на организм человека может привести к развитию рака, повреждению органов, нервной системы и даже смерти. Опасность загрязнения воды часто невозможно оценить невооруженным глазом. Для очистки сточных вод используется вермикулит — естественный минерал с необходимыми свойствами для поглощения опасных веществ. Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета выяснили, как ионы металлов впитываются вермикулитом и как улучшить этот процесс. Их работа поможет качественно и экономически эффективно очищать сточные воды.

Сорбция — это процесс поглощения твердым телом или жидкостью различных веществ из окружающей среды. Вещество, способное поглощать вещества, называется сорбентом, а в данном случае это вермикулит. Этот минерал имеет слоистую структуру и способен увеличивать свой объем в 7-10 раз при нагревании до 400-1000 градусов. Он обладает хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами, а также термической и биологической устойчивостью. Его низкая стоимость и доступность играют важную роль. При очистке промышленных жидкостей вермикулит загружают в специальные емкости, через которые прокачивается загрязненная вода.

Ученые из Пермского Политеха разработали способ эффективного извлечения ионов вредных металлов из сточных вод — создание биосорбента. Идея заключается в привязывании микроорганизмов, которые могут поглотить ионы тяжелых металлов в процессе своей жизнедеятельности, на поверхность или внутрь вермикулита. Таким образом, микроорганизмы будут менее подвержены воздействию внешних факторов, таких как свет, температура, кислотность и другие условия окружающей среды.

Политехники изучили поглощение ионов металлов вермикулитом и биосорбентом с нанесенными живыми культурами для проверки эффективности очистки сточных вод. Ученые проводили эксперименты с использованием двух одинаковых сорбционных колонок, в каждую из которых помещали по пять граммов вермикулита. С помощью спектрофотометра они определяли концентрацию ионов металлов в растворах цинка, меди и никеля как в отдельности, так и в совокупности.

Ольга Бахирева, кандидат химических наук и доцент кафедры химии и биотехнологии, объясняет, что результаты исследования показали повышение способности вермикулита к поглощению большинства ионов металлов после нанесения на его поверхность клеток микроорганизмов на 20 процентов и более, за исключением меди. Совместное присутствие ионов в растворе незначительно снижает общую поглощающую способность как исходного вермикулита, так и биосорбента. Наиболее эффективно оба материала поглощают ионы цинка.

Исследование, представленное на научно-практической конференции "Химия. Экология. Урбанистика" с международным участием в апреле 2024 года, продемонстрировало, что применение вермикулита как сорбционного материала обосновано, и выявило возможность повышения эффективности процесса в некоторых случаях с использованием живых клеток. Такие исследования помогут улучшить качество очистки сточных вод на предприятиях и снизить загрязнение водоемов. Работа, выполненная студенткой Дулгуун Энхтур из Монголии в рамках программы стратегического академического лидерства "Приоритет 2030", заслуживает внимания и признания.