Учёные АлтГТУ им. И. Ползунова разработали технологию получения инновационных сорбционных материалов на основе биополимеров растительного и животного происхождения. Из хитина и компонентов древесины учёные получили материал для очистки воды от загрязнений.
Отходы — в дело
В Алтайском государственном техническом университете не первый год занимаются научными работами, связанными с улитками. Никита Воронин, преподаватель международной кафедры ЮНЕСКО «Инженерная экология» АлтГТУ, пишет кандидатскую диссертацию по новой разработке, где задействует хитин, содержащийся в раковинах улиток.
Те улитки, которые живут в лаборатории, участвуют в испытаниях разного питания, других исследовательских работах, где нужны живые особи, например, в использовании муцина в косметологических разработках. А вот как источник хитина используют улиточные раковины — их в университет поставляет партнёр, улиточная ферма, которая выращивает этих моллюсков для поставки в рестораны. Владимир Сомин, заведующий международной кафедрой ЮНЕСКО «Инженерная экология» АлтГТУ, объясняет:
— Продвинутая порода виноградной улитки «мюллер» — это мясной моллюск, выращивается специально для еды. Естественно, панцири остаются как отход. Кроме кальция, они содержат много хитина, который плохо разлагается. Мы решили попробовать выделить его и использовать. Наши коллеги с кафедры химической технологии превращают измельченный панцирь в хитин — именно этот элемент даёт тёмный цвет раковине.
Выделенный хитин выглядит как тёмный порошок. Его соединяют с целлюлозой и получают продукт, по виду напоминающий вату. Мягкий и почти невесомый, он обладает интересными сорбционными свойствами.
— Отдельно целлюлоза имеет другие физико-химические свойства, — уточняет Владимир Александрович. — Она хорошо слеживается: в чистом состоянии внутри фильтра за несколько минут спрессовывается в таблетки. Благодаря хитину она лучше держит форму, остается рыхлой и за счёт увеличения площади поверхности лучше работает как адсорбент. Но отдельно хитин обладает невысокой сорбционной емкостью. Продукт, который получается при соединении этих компонентов, обладает большей ёмкостью, чем хитин, но чуть меньшей, чем целлюлоза, и этого достаточно, потому что он может многократно подвергаться регенерации. Хитин увеличивает срок службы целлюлозы.
Технология сшивки
По технологии соединения биополимеров готовится патент, поэтому особенности процесса учёные пока не раскрывают. Кроме того, уже получен патент на технологию подготовки панциря для выделения хитина.
— Панцирь измельчается, обрабатывается щелочью, затем растворяется в кислоте. После этого процесса получается чистый хитин, у которого долгий срок разложения. Готовый материал химическим образом подготавливается, получается сшивка с растительными полимерами, — описывает общие черты процесса Никита Воронин.
Получившийся фильтр тестируют, пропуская через него загрязнённую воду. Она имитирует стоки металлургических производств — так, нынешний образец загрязнен кобальтом в большой концентрации. В ходе испытаний высчитывается, сколько металла забрал фильтр, как долго он может работать и как изменяется его эффективность с течением времени.
— Модельный раствор напоминает сток от различных предприятий металлургической промышленности, — поясняет Никита Андреевич. — Он неспеша протекает через наш фильтр — расход жидкости зависит от размеров фильтрующего слоя. Когда загрязненная вода проходит через сорбент, она очищается с эффективностью до 80%. Пить её нельзя, но она пригодна для того, чтобы сбрасывать её в водоёмы.
В начале пути
Как отмечают учёные, их разработка ориентирована именно на сточные воды промышленности, так как в существующих городских системах вода и так хорошо очищается. Материалы-адсорбенты нужны для более тонкой задачи — поймать растворённые в воде токсичные компоненты, которые образуются на производствах.
— Мы проводили исследования на ионах хрома и ионах кобальта. Это те тяжёлые металлы, которые используются в промышленности и образуются как токсичный отход на предприятиях гальванического производства, — говорит Никита Воронин. — Сейчас такие предприятия используют другие методы очистки сточных вод — реагентные либо на основе сорбционных материалов. Прелесть сорбционных материалов в том, что их можно использовать многократно. И видна тенденция в том, чтобы придерживаться именно таких технологий. Пока мы не вычисляли экономическую составляющую нашего метода, на данном этапе работаем с его эффективностью.
Но одна из главных задач учёных — вклад в науку, чтобы обнаруженные свойства помогли дальнейшим исследованиям. Например, сами они вдохновлялись сорбентом, которые коллеги из Саратова получали с помощью панцирей ракообразных. Однако ориентировались на материалы, актуальные для Алтайского края.
— Кроме того, нами ещё не изучен ряд моллюсков-вредителей, которых тоже можно собирать и перерабатывать, —отмечает Владимир Сомин. — Также целлюлоза может быть взята не только из опилок: её можно получать из лузги, соломы, продуктов переработки зерна, подсолнечника, и эти отходы могут быть основой для получения таких материалов, это будущая наша работа. Мы только в начале пути.
Справка
Адсорбент – это вещество, которое обладает способностью поглощения другого вещества из раствора или из газа только своей поверхностью. Адсорбенты используют для очистки воды от металлов и примесей, для очистки газов, спиртов, масел. Самый известный адсорбент — активированный уголь.
