Международный коллектив ученых во главе с сотрудниками Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) 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. Проект поддержал Российский фонд фундаментальных исследований. Статья с описанием результатов опубликована в издании International Journal of Molecular Sciences.
Сотрудники УрФУ Асмаа Абуельсоад (слева) и Елена Ковалёва (справа) с образцами водных растворов (до очистки и после). Фото: Илья Сафаров
«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 Ковалёва, 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 доступным источником хитина, помимо дорогостоящих панцирей ракообразных, являются 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%, 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 Ковалёва.
Справка
Медь и 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.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Уральского федерального университета
