Алтайские ученые изобретают новый фильтр из отходов улиточных ферм

В лабораториях Алтайского политехнического университета активно разрабатывается методика, способная преобразить подход к очищению промышленных стоков. 

Ученые создали сорбент – специальный материал, поглощающий загрязнения, – из того, что раньше считалось ненужным мусором: выброшенных панцирей улиток и древесных остатков.

«Барнаул находится достаточно близко к истоку реки Обь. Вода, текущая к нам, еще относительно чистая. Но чем дальше она продвигается по течению, проходя через города, тем грязнее становится. Река, естественно, самоочищается, но не так уж эффективно. К устью вода приходит уже значительно загрязненной», — говорит Никита Воронин, преподаватель международной кафедры ЮНЕСКО «Инженерная экология».

Изначально кафедра занималась переработкой растительных пищевых отходов, и в процессе этой работы были обнаружены новые возможности – панцири улиток. Первоначально использовались просто измельченные панцири. Эксперименты продемонстрировали, что они способны улавливать, например, ионы кобальта, приобретая при этом розовый оттенок. Однако был один серьезный недостаток: мелкие частицы панциря вымывались водой, создавая дополнительное загрязнение в виде взвешенных веществ – пыли и песка.

Прорывом стало решение применять не весь панцирь, а его основную часть – хитин. Это натуральный полимер, составляющий верхний слой раковины. Его можно выделить и химическим путем «сшить» с другим распространенным природным полимером – целлюлозой, получаемой из древесного сырья. Так появился на свет этот гибридный материал.

«Мы синтезировали вещество, которое очищает воду на уровне активированного угля, а иногда даже лучше. Механизм его действия – впитывает или связывает – химические детали этого процесса еще нуждаются в изучении. Но главное: он работает превосходно», — отмечает Никита Воронин.

Принцип действия материала – это сорбция, то есть поглощение твердым телом. В случае с цельными панцирями это было в основном физическое поглощение благодаря большой площади поверхности и наличию внутренних пор.

Новый же материал, хитиновый эфир, предположительно, способен вступать в химическую реакцию с ионами металлов, надежно их связывая.

«Целлюлоза, метафорически говоря, как вата – это своего рода каркас с очень высокой удельной поверхностью. Сам по себе выделенный хитин – это тонкодисперсный порошок, который будет вымываться. А «сшитый» с целлюлозой, он становится удобным и практичным фильтрующим элементом», — объясняет Никита Воронин.

За преобразование раковины в этот самый «каркас» отвечает коллектив кафедры «Химической технологии». Процесс, курируемый ее заведующим, кандидатом химических наук Данилом Ефрюшиным, требует много этапов и большого терпения.

«Это небыстрый процесс. Сначала панцири нужно измельчить до состояния мелкого песка. Затем – удалить белки, обработав щелочью, чтобы потом масса не гнила. После этого идет самый ключевой этап: удаление карбоната кальция, того самого «ракушечника». Для этого мы обрабатываем порошок кислотой. В итоге почти все растворяется, а на дне остается тоненький слой – это и есть чистый хитин», — раскрывает Данил Ефрюшин.

Полученный хитин затем промывают, сушат и отправляют на синтез. В реакторе его смешивают со специальным связующим веществом и очищенной от примесей целлюлозой, после чего нагревают и непрерывно перемешивают. В результате образуется серая, ватоподобная масса, которую уже можно формировать в фильтры.

Главная цель – очистка воды от ионов тяжелых металлов, поступающих со стоками заводов. Специалисты тестируют материал в лаборатории: через колонну, наполненную сорбентом, медленно пропускают раствор солей металлов и наблюдают за изменением цвета и снижением концентрации.

«Мы получаем материал партиями по 10-20 граммов. Этого объема хватает, чтобы очистить примерно 60 литров воды, загрязненной ионами кобальта в тысячи раз выше допустимой нормы. И наш материал успешно справляется с этой задачей», — говорит Владимир Сомин, доктор технических наук, заведующий кафедрой ЮНЕСКО «Инженерная экология».

Время, необходимое для очистки такого количества воды в лаборатории, составляет 15-20 часов. Однако на реальном производстве, где объемы совершенно другие, процесс может занять всего 5-8 минут. Все, конечно, зависит от масштабирования производства.

По своим характеристикам новый сорбент уже сейчас сравним с традиционными. Но его основное преимущество – сырьевой источник.

«Наша фишка в том, что панцири на сегодняшний день никем не используются – это просто отход пищевой промышленности. В Алтайском крае есть улиточные фермы, например, в Налобихе, — рассказывает Никита Воронин. – Раковины, которые раньше просто выбрасывали, мы теперь используем для очистки воды. Мы превращаем то, что было отходами, в доходы, создавая таким образом циклическое производство».

Фото: shutterstock