Исследователи НИТУ МИСИС разработали многоразовый сорбент, который с эффективностью более 90% удаляет из сточных вод остатки фармацевтических препаратов, с которыми не справляются традиционные промышленные фильтры. Изобретение может быть полезно не только на водоочистных сооружениях, но теперь и в домашних условиях. Ученые спрессовали сорбент в форму таблетки для удобства использования в бытовом фильтре.
Прежде чем попасть к потребителю, вода проходит три стадии промышленной очистки: физическую, химическую и смешанную. Среди этапов: процеживание, ультрафиолетовая дезинфекция, хлорирование, окисление, термическая обработка, выравнивание кислотно-щелочного баланса и т.д. В последние годы увеличилось производство и использование антибиотиков как в сельском хозяйстве, так и в медицине, особенно после пандемии COVID-19. В сточных водах вырос уровень фармацевтических отходов, с которыми традиционные фильтры не справляются. Наиболее эффективным и экономичным методом очистки воды считается адсорбция, процесс, при котором молекулы «прилипают» к поверхности адсорбента.
«Существующие химические и физические методы очистки давно изучены и хороши против типичных загрязнений воды, но они не были рассчитаны на фильтрацию антибиотиков. Новые разрабатываемые сорбенты не всегда дешевы, порой несовместимы с существующими системами очистки и зачастую нуждаются в утилизации после использования. Созданные нами наноматериалы на основе нитрида бора и полимера показали отличные характеристики по адсорбции нескольких видов антибиотиков, превосходя активированный уголь и цеолиты. Спрессованные в таблетку образцы рассчитаны на многоразовое применение, они дешевле и могут быть использованы в качестве домашних фильтров», — отметила к.т.н Кристина Котякова, научный сотрудник научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС.
Ранее, учеными НИТУ МИСИС был предложен порошковый сорбент для очистки воды на основе наночастиц нитрида бора. Сейчас исследователи значительно увеличили поглотительную способность фильтра, модифицировав его поверхность безопасным полимером метилакрилатом. Улучшенные образцы не только физически адсорбируют антибиотики, но и химически присоединяют молекулы загрязнителей. Это подтверждено на примере тетрациклина, который удаляется физически, и линезолида, где основную роль играют химические взаимодействия. Кроме того, исследователи разработали метод регенерации сорбента, обеспечивающий его эффективное повторное использование. Подробности исследования описаны в научном журнале Journal of Water Process Engineering (Q1).
«Ёмкость новых таблеток увеличилась практически в два раза, и их можно использовать многократно. При этом производство таких таблетированных сорбентов не требует дорогостоящих вложений», — подчеркнула к.ф.м.н. Любовь Антипина, старший научный сотрудник лаборатории цифрового материаловедения НИТУ МИСИС.
Сейчас ученые проводят дополнительные исследования экологической безопасности и стойкости фильтр-таблеток к длительному воздействию загрязненных вод, а также изучают разложение антибиотиков на поверхности сорбента, чтобы минимизировать затраты на его использование.
«Ученые Университета МИСИС уделяют особое внимание созданию материалов и технологий, которые при последующем применении помогут снизить нагрузку на окружающую среду и уменьшить отрицательное влияние на здоровье человека. Новый фильтр на основе гексагонального нитрида бора, разработанный в научно-исследовательском центре „Неорганические наноматериалы“ НИТУ МИСИС под руководством д.ф.-м.н., профессора Дмитрия Штанского, будет востребован на промышленных очистных сооружениях и установках. Ноу-хау наших ученых в несколько раз эффективнее существующих аналогов решает задачу очистки воды. Основные преимущества такого фильтра — экологичность и возможность многоразового использования», — сказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
В дальнейшем учёные планируют расширить применимость данного сорбента на другие органические загрязняющие вещества, такие как продукты нефтепереработки, тяжелые металлы и др. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда
