Чистая вода из ракушек. Алтайские ученые создают фильтр из отходов улиточных ферм

В лабораториях АлтГТУ идет работа над технологией, которая может изменить подход к очистке промышленных стоков. Ученые создают сорбент – особый материал, впитывающий загрязнения, – из того, что обычно считается мусором: брошенных панцирей улиток и древесных отходов. О проекте, который поможет решить одну из глобальных экологических проблем – загрязнение рек – в нашем материале.

Все подробности - здесь

Неожиданное сырье

«Барнаул находится достаточно близко к истоку Оби. Нам вода поступает еще относительно чистая. Но с каждым последующим городом она становится грязней и грязней. Река, конечно, очищается естественным образом, но не настолько эффективно. К устью вода доходит уже существенно загрязненной», – рассказывает Никита Воронин, преподаватель международной кафедры ЮНЕСКО «Инженерная экология».

Изначально кафедра занималась переработкой растительных пищевых отходов, и в процессе обнаружились новые – панцири улиток.

«Мы подумали – раз появляется отход, почему бы не найти ему полезное применение. Так решили получать сорбенты», – поясняет ученый.

Сначала использовали просто размолотые панцири. Эксперименты показали, что они могут улавливать, например, ионы кобальта, окрашиваясь в розовый цвет. Но был серьезный минус: мелкие частицы панциря сами вымывались водой, создавая новое загрязнение – взвешенные вещества – пыль, песок.

Прорывной идеей стало использование не всего панциря, а его основы – хитина. Это природный полимер, из которого состоит верхний слой ракушки. Его можно выделить и химически «сшить» с другим распространенным природным полимером – целлюлозой, получаемой из древесины. Так родился гибридный материал.

«Мы произвели вещество, которое эффективно очищает воду на уровне активированного угля, а иногда даже лучше. Как именно это происходит – впитывает или связывает – детали химического процесса еще предстоит изучить. Но самое главное: он работает», – говорит Никита Воронин.

«Вата», которая связывает металлы

Принцип работы материала – сорбция, то есть поглощение твердым веществом. В случае с целыми панцирями это в основном физическое впитывание за счет большой площади материала и внутренних пор.

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

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

За превращение ракушки в этот самый «каркас» отвечает команда кафедры «Химической технологии». Процесс, который курирует ее заведующий, кандидат химических наук Данил Ефрюшин, – многоступенчатый и кропотливый.

«Процесс небыстрый, – признается Данил Ефрюшин. – Сначала панцири нужно измельчить до состояния песка. Потом – убрать белки, обработав щелочью, чтобы в будущем масса не гнила. Затем идет самый важный этап: удаление карбоната кальция, того самого «ракушечника». Для этого мы обрабатываем порошок кислотой. В итоге растворяется почти все, а на дне остается тонкий слой – это и есть чистый хитин».

Полученный хитин промывают, сушат и отправляют на синтез. В реакторе его смешивают со связующим веществом и очищенной от примесей целлюлозой, нагревают и перемешивают. В результате получается серая масса, похожая на вату, которую уже можно формовать в фильтры.

Испытания: цифры и факты

Основная цель – очистка воды от ионов тяжелых металлов, которые возникают от стоков заводов. Ученые тестируют материал в лаборатории: через колонну с сорбентом медленно пропускают раствор солей металлов и смотрят, как меняется цвет и падает концентрация.

«Мы получаем материал порциями по 10-20 граммов. Этого хватает, чтобы очистить около 60 литров воды, загрязненной ионами кобальта в тысячи раз выше нормы. И наш материал справляется», – делится Владимир Сомин, доктор технических наук, заведующий кафедрой ЮНЕСКО «Инженерная экология».

Время очистки такого объема в лаборатории – 15-20 часов. Но на реальном производстве, где другие объемы, процесс может занять всего 5-8 минут. Все упирается в масштабирование.

Отходы в доходы

По эффективности новый сорбент уже сейчас сопоставим с традиционными. Но его главная «фишка» – сырье.

«Наша особенность в том, что панцири сейчас нигде не используются – это отход пищевой промышленности. В Алтайском крае есть улиточные фермы, например, в Налобихе, – говорит Никита Воронин. – Ракушки, которые раньше выбрасывали, мы забираем и используем для очистки воды. Мы превращаем отходы в доходы, создаем безотходный цикл».

Подходят раковины и крупных ахатин, и виноградных улиток. Более того, источником целлюлозы тоже могут стать отходы – щепа и опилки.

«Даже в ресторанах, где подают улиток, остаются панцири. Это тоже наше потенциальное сырье», – добавляет ученый.

Путь к внедрению

До промышленного применения еще далеко. Как объясняет Данил Ефрюшин, сначала нужно завершить лабораторные исследования, получить стабильные результаты на партиях материала, всесторонне изучить его свойства и – что критически важно – запатентовать технологию.

«На патентование уйдет около года. А потом уже будем предлагать технологию бизнесу», – планирует Данил Ефрюшин.

Будет ли спрос? Ученые смотрят на это реалистично. Крупным предприятиям внедрять новые технологии непривычно, так как они десятилетиями работают по традиционным схемам. А вот малые инновационные компании, особенно ориентированные на «зеленые» технологии, могут проявить интерес. Перспективным рынок видится и за рубежом.

«Все зависит от того, против каких именно металлов мы покажем высокую эффективность. Если будет запрос на специфические элементы, которые наш материал хорошо улавливает, спрос появится», – считает Данил Ефрюшин.