Ученые из РХТУ им. Д.И. Менделеева испытали новый способ очистки воды, отличающийся высокой скоростью и эффективностью. В основе подхода активные угли: их смешивают с водой, из которой они адсорбируют молекулы загрязняющих веществ, а потом через жидкость пропускают электрический ток, что вызывает образование электролитических газов, пузырьки которых подхватывают углеродные частицы и поднимают их на поверхность. Исследователи показали, что таким методом из воды уже за 5 минут можно удалить до 90 % углеродных частиц, впитавших токсиканты. Исследование учёных в журнале Separation and Purification Technology.
Очистка сточных вод - это чрезвычайно затратный процесс. Так, по оценкам американского агентства по охране окружающей среды, до 5% общего энергопотребления США приходится именно на системы водоочистки, и поэтому любое удачное решение в этой области может стать чрезвычайно востребованным. Сейчас для водоочистки часто используют различные углеродные материалы, которые обладают гидрофобной поверхностью, а также высокой адсорбционной способностью и хорошо себя зарекомендовали для удаления из растворов ионов тяжелых металлов, вирусов, бактерий, фторид-ионов и других загрязнителей.
Для этого углеродные частицы смешивают с загрязненной жидкостью - они быстро и эффективно впитывают токсиканты, но потом эту смесь еще нужно отделить от очищенной воды. Простейшие методы для этого - это отстаивание и фильтрация, но они требуют много времени (от нескольких часов до нескольких суток) и протекают недостаточно эффективно. Поэтому российские ученые использовали другой подход - метод электрофлотации. В нем через раствор пропускает электрический ток, вызывающий образование электролитических газов (водорода и кислорода), пузырьки которых захватывают загрязняющие вещества и поднимают их на поверхность. Этот метод сравнительный быстрый, недорогой и не требует постоянного контроля, однако в сочетании с активными углями им раньше почти не пользовались.
Ученые из РХТУ провели серию экспериментов на модельных растворах, содержащих активный уголь, соль для придания системе электропроводности, а также различные органические и неорганические коагулянты и флокулянты - вещества, способствующие тому, чтобы взвешенные в воде углеродные частицы слипались между собой в объемные нерастворимые хлопья. Исследователи изучали как на эффективность процесса влияют различные факторы. Так, оказалось, что оптимальный рН системы колеблется в интервале либо от 3 до 4, либо от 7 до 9 и определяется взаимодействием различных факторов, определяющих поведение системы - размерами углеродных частиц и пузырьков электролитических газов, а также зарядом поверхности углеродных частиц.
В других экспериментах ученые изучали, как на эффективность процесса влияет концентрации и природа компонентов модельных растворов, а также сила тока, пропускаемого через жидкость. Исследователи показали, что в оптимальных условиях уже после 5 минут обработки растворов электрическим током 90 % углеродных частиц может быть отделено от очищенной воды. Эти данные показывают, что новый метод перспективен для быстрой и качественной очистки как модельных растворов, так и реальных сточных вод.
Статья: A Gaydukova et al., Separation of highly dispersed carbon material of OU-B grade from aqueous solutions using electroflotation technique, Separation and Purification Technology, 2020. DOI: