Новости отрасли

Доступ к чистой воде — глобальная проблема, особенно в удаленных районах и при чрезвычайных ситуациях. Положение усугубляют промышленные отходы, например, от лесопереработки и мебельного производства, которые загрязняют среду при утилизации. Обычные методы очистки (угольные фильтры, химические таблетки, мембраны) имеют недостатки: дорогое сырье, высокие энергозатраты, неприятный привкус, засорение. Они борются со следствием — грязной водой, — но не с ее причиной: токсичными выбросами от предприятий. В итоге ресурсы тратятся на очистку воды, которая продолжает загрязняться. Ученые Пермского Политеха разработали технологию, превращающую многотоннажные отходы — лигносульфонаты и старые древесностружечные плиты — в действенные сорбенты для очистки воды, которые в три раза эффективнее коммерческих аналогов.

Положение усугубляет тот факт, что крупные промышленные предприятия становятся мощными источниками загрязнения. Например, на лесоперерабатывающем и мебельном производствах ежегодно образуются миллионы тонн трудно перерабатываемых отходов: опилки, стружка, а также специфические лигносульфонаты — жидкие остатки от производства целлюлозы — и отработавшие свой срок древесностружечные плиты (основной материал для корпусной мебели). Их захоронение или сжигание наносит ущерб окружающей среде, отравляя воздух, почву и водные ресурсы.

Традиционно для очистки воды в полевых условиях или в экстренных ситуациях используются фильтры на основе промышленных активных углей – сорбентов. Данные материалы, как губки, впитывают загрязнения благодаря своей пористой структуре. Однако их производство имеет несколько существенных минусов. Во-первых, оно часто требует специального, иногда дефицитного и дорогого сырья (например, скорлупы кокоса или каменного угля), что повышает стоимость конечного продукта. Во-вторых, сам процесс их изготовления требует больших затрат энергии.

Кроме того, существуют и другие аналоги для экстренной очистки, например, химические таблетки на основе хлора или йода, которые, однако, могут оставлять неприятный привкус и неэффективны против некоторых видов загрязнений, или мембранные фильтры, которые легко засоряются и требуют технического обслуживания. Однако все эти методы не решают системной проблемы: они лишь борются со следствием (грязной водой), никак не влияя на причину ее загрязнения — промышленные отходы. Фактически, происходит трата ресурсов на очистку воды, которая продолжает загрязняться теми же промышленными процессами.

Решение этой проблемы предложили ученые Пермского Политеха. Они разработали технологию превращения многотоннажных отходов — лигносульфонатов и старых древесностружечных плит — в высокоэффективные углеродные сорбенты для очистки воды. Статья опубликована в сборнике конференции «Химия. Экология. Урбанистика», 2025 год.

Для этого исследователи использовали метод термохимического пиролиза — нагрев сырья без доступа кислорода. В результате сложных химических процессов образуется не пепел, а пористый углеродный материал, структура которого напоминает активированный уголь с миллионами микроскопических пор-ловушек для загрязняющих веществ.

Чтобы проверить их эффективность, ученые провели серию лабораторных экспериментов, имитирующих работу простого полевого фильтра. В емкости с определенным объемом природной воды (три-пять литров) добавляли точные дозы сорбентов. Опытным путем было установлено, что для достижения максимального эффекта — так называемого адсорбционного равновесия, когда сорбент полностью «насыщается» загрязнениями, — вода должна контактировать с материалом в течение 60 минут.

Новые сорбенты из лигносульфонатов и древесностружечных плит тестировали с тремя коммерческими порошковыми активными углями, которые сегодня считаются эталоном для подобных целей: углем из древесины березы, из скорлупы кокоса и из каменного угля. Эффективность каждого материала оценивали по трем ключевым для качества питьевой воды показателям: мутности (наличие взвешенных частиц), цветности (присутствие растворенных органических соединений, например, гуминовых веществ) и перманганатной окисляемости (количество органических примесей в целом). Результаты измерений сравнивали с нормативами СанПиН.

— Для испытаний применяли углеродные сорбенты в количестве от 20 до 60 мг на литр воды.

Таким образом, эксперимент выявил ключевое конкурентное преимущество новой технологии — в три раза более высокую эффективность,что означает существенную экономию материала при одинаковом или лучшем результате очистки.

Таким образом, разработка ученых открывает путь к созданию недорогих, легких и компактных фильтров одноразового использования. Это, в свою очередь, позволяет реализовать принципиально новую экономическую модель замкнутого цикла, где затраты на утилизацию опасных отходов превращаются в инвестиции в производство востребованного продукта. Старая мебель или отходы целлюлозного завода могут стать источником материалов для обеспечения людей чистой водой в самых сложных условиях.

Источник: naked-science