Ученые СКФУ разработали инновационный способ очистки воды с помощью магнитного угля

Исследователи Северо-Кавказского федерального университета разработали активный уголь с магнитными свойствами из растительного сырья.

Сфера применения разработки – очистка воды. Аналогов подобному продукту на российском рынке нет.

– Очистка воды может использоваться в химической, фармацевтической и пищевой промышленности. Потребность и заинтересованность также есть у аграриев нашей страны, которые вынуждены утилизировать отходы от злаковых культур. Подчеркну, что ученые СКФУ планомерно разрабатывают технологии, которые могут быть применены в различных отраслях экономики нашего макрорегиона, – отметил ректор Северо-Кавказского федерального университета Дмитрий Беспалов.

Для действующих предприятий, которые производят активный уголь, основой сырья служит древесина – дорогой и ценный компонент. На кафедре химической технологии, машин и аппаратов химических производств Невинномысского технологического института СКФУ совместно с коллегами из Воронежского государственного университета инженерных технологий предложили использовать для этих целей отходы сельского хозяйства – шелуху риса, гречихи, лузги подсолнечника и стебли лаванды. После термической обработки их дополняют парамагнетиком – компонентом, физические свойства которого позволяют извлекать уголь из воды после использования.

Как, пояснили авторы изобретения, синтез активного угля состоит из нескольких этапов. Отходы растительного сырья сжигают в муфельных печах при температуре от 600 до 800 градусов в зависимости от изначального сырья. Затем полученный уголь измельчают в планетарной мельнице. Для этого добавляют циркониевые шары диаметром два миллиметра, легированные оксидом иттрия, а также изопропиловый спирт. Чтобы получить минимальный размер частиц, использует также поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Следом идет этап, который наделяет продукцию магнитными свойствами, – уголь помещают в бидистиллированную воду высокой степени очистки и под воздействие ультразвука и температуры исследователи добавляют растворы солей железа.

Полученный таким образом активный уголь обладает лучшими физико-химическими показателями в сравнении с аналогами, низкой стоимостью и благодаря магнитным свойствам способен легко отделяться от раствора с помощью магнита. Тем самым удается избежать трудоемкий процесс фильтрования.

– Сорбенты на основе угля используются повсеместно в производстве. Назначение у них такое же, как у бытовых фильтров, которые многие люди используют у себя дома и на производстве. Однако на производстве часто встает вопрос, как эффективно удалить из очищенный воды отработанный активный уголь. Идея, предложенная нами, уникальна – сейчас на рынке нет подобной продукции. Следовательно, у разработки отсутствуют прямые конкуренты, – рассказывает автор исследования, молодой ученый Невинномысского технологического института СКФУ Ксения Сыпко.

Рыночная цена предлагаемого биоугля по сравнению с представленными аналогами будет ниже в диапазоне от 8 до 47,7 процентов. Все зависит от того, с какой продукцией сравнивать разработку ученых. К тому же в Ставропольском крае и на Юге России, где широко развито сельское хозяйство и аграрии активно выращивают такие культуры, как подсолнечник, гречиху и рис, недостатка в сырье не предвидится. Сейчас его в производстве используют незначительно и часто просто утилизируют.

Разработка ученых СКФУ находится на этапе завершения лабораторных исследований. Идею планируют развить и также создать активный уголь с магнитными свойствами в виде шипучих таблеток. С одной стороны, эта форма выпуска облегчает процесс очистки воды. С другой благодаря физическому процессу – выделению большего количества углекислоты при растворении таблеток в воде, решается вопрос с перемешиванием раствора. Следовательно, еще больше уменьшаются затраты на производстве. Вещества, которые используют при создании таких таблеток, общедоступны и незначительно сказываются на цене продукции.

Проект ранее выиграл грант Фонда содействия инновациям по программе «УМНИК 2021» в размере 500 тысяч рублей. По результатам работы исследователи подали две заявки на изобретение.
Опубликованы две статьи, индексируемые в базе данных Scopus:
https://journals.vsu.ru/sorpchrom/article/view/3354
http://journal.asu.ru/cw/article/view/10943