По оценкам ООН, более четверти населения мира – более 2 миллиардов человек – не имеют надлежащего доступа к питьевой воде.
А дефицит пресной воды только увеличивается.
Однако новые технологии могут компенсировать это.
Среди них уникальная разработка российских ученых для очистки не только воды, но и воздуха от органических загрязнений – композитный сорбент на основе оксида графена.
Последний материал создали ученые Центра Национальной технологической инициативы (НТИ) «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ.
Н.
?.
Баумана, в консорциум которого входят 17 компаний, в том числе Институт проблем химической физики РАН (ИПХФ РАН).
Сегодня продолжают оптимизировать состав и структуру сорбента.
Фото: Центр НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ.
Н.
?.
Баумана Композиционный сорбент (аэрогель) на основе оксида графена имеет высокопористую структуру, что позволяет ему задерживать загрязнения в виде пыли или других мелких частиц микронного размера, оказывает антибактериальное действие, а также обладает супергидрофобными свойствами, поэтому его можно использовать как на суше, так и на воде.
Уникальность сорбента еще и в том, что его можно использовать неоднократно – в режиме «сорбция-десорбция» он выдерживает не менее 10 циклов испарения или горения загрязнителя.
К загрязнителям относятся красители, растворители и другие химические отходы легкой промышленности.
Сегодня ученые Института химической физики РАН и Центра НТИ оптимизируют сорбент для использования при сборе и утилизации аварийных разливов нефти, нефтепродуктов и водонесмешивающихся растворителей.
В первую очередь материал будет использоваться для этих целей.
«Обычно коммерческие сорбенты не обладают супергидрофобными свойствами, поэтому при сборе загрязняющих веществ в виде, например, нефти с водных поверхностей, они частично захватывают воду, что снижает их сорбционную способность.
Наш материал будет собирать только органику, отталкивая воду.
Как сорбент аэрогель показал высокую сорбционную активность и сорбционную емкость по отношению к большому количеству органических растворителей, а также нефти и нефтепродуктов.
Аэрогель может поглотить вес, в 15–23 раза превышающий его собственный.
По сравнению с коммерческими сорбентами емкость нашего материала по нефти более чем в 2 раза выше», — рассказал директор Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» на базе МГТУ.
Н.
?.
Баумана, доктор технических наук Владимир Нелюб.
Кроме того, для удобства практического использования сорбент может изготавливаться в виде гранул, цилиндрических изделий или даже блоков.
Гранулы представляют собой сферы или полусферы диаметром всего 6-10 миллиметров.
Такая форма может быть удобна для массового использования в экологических целях.
Блочные изделия можно использовать, например, в бонах.
«Пока аналогов такого аэрогеля за рубежом нет. Заявка на патент уже подана.
Сам аэрогель в виде супергидрофобного сорбента и способ его получения патентуются», — рассказала заместитель директора Института химической физики РАН Лмира Бадамшина.
Что еще он может сделать? Ученым, входящим в консорциум Центра НТИ, предстоит еще много работы по улучшению состава, свойств и расширению сферы применения аэрогеля.
Например, они будут работать над использованием сорбента в системах фильтрации воздуха.
Теоретически это возможно.
Кроме того, планируется создать технологию, с помощью которой грязную воду можно будет очищать до питьевого уровня.
Но здесь одними возможностями аэрогеля не обойтись; потребуются и другие материалы.
«Аэрогель подойдет для очистки органических загрязнений, не растворенных в воде.
Но сработает ли это в случае растворенных в воде примесей, сказать сложно», — рассказала Лмира Бадамшина.
Могут ли новые технологии превратить соленую воду в пресную? Об опреснении пока речи не идет. Однако графеновые материалы имеют потенциал в этом направлении.
Сегодня многие ученые во всем мире работают над использованием мембран из оксида графена для процессов обратного осмоса и ультрафильтрации, при которых мембраны пропускают только молекулы воды, а все соли и загрязнения смываются в канализацию.
«В целях оптимизации состава аэрогеля в 2022 году планируется получить сорбент, обладающий магнитными свойствами.
Это необходимо для более удобного сбора отработанного сорбента с помощью магнитных ловушек.
Для удаления микробных загрязнений и колоний бактерий (биопленок) в состав сорбента планируется ввести антибактериальные компоненты.
Оксид графена, входящий в состав сорбента, также обладает антибактериальными свойствами, поэтому другие антимикробные компоненты только усиливают этот эффект», — добавил Владимир Нелюб.
Очевидно, что сорбент на основе оксида графена является уникальной разработкой и крайне необходим в современном мире.
Ожидается, что он выйдет на рынок в 2025-2026 годах.
Пока ученым сложно предсказать, насколько дешево будет произвести такой аэрогель.
Дело в том, что оксид графена сегодня является дорогостоящим материалом.
Однако технология его производства хорошо масштабируется и в будущем его можно будет сделать относительно дешевым.
Теги: #Экология #Россия #свойства материалов #графен #НТИ #Российские разработки #МГТУ им.
Баумана
-
Что Это За Файл?
19 Oct, 24
