Адсорбция вредных веществ

Загрязнение поверхностных и грунтовых вод различными высокотоксичными веществами химикатами, тяжелыми металлами и т.п. является достаточно серьезной мировой проблемой. Помочь снизить уровень загрязнения могут различные адсорбционные наноматериалы.

Для удаления ионов ртути из воды возможно использовать композит полипирол /обедненный оксид графена [14]. Авторами показано, что применение листов толщиной 1,34 нм такого композита позволяет избирательно удалять из воды ионы ртути с адсорбционной способностью 980 мг/г.

Наночастицы железа (рис. 7) способны с гораздо большей, чем у применяемых веществ эффективностью адсорбировать из раствора ионы хрома [15]. Эффективность поглощения зависит от кислотности среды: например при pH = 4 адсорбционная способность составляет 31,5 мг/г, а при pH = 7 - 23,3 мг/г. Еще одной ключевой особенностью является простая возможность повторного использования данных наночастиц.

Магнитные наночастицы оксида железа (Fe3O4) можно использовать для удаления из воды различных ионов металлов [16]. В работе наночастицы получали с помощью распылительной сушки, средний размер частиц составлял 21 нм. В зависимости от pH и температуры среды эффективность адсорбции различных ионов металлов изменяется от 35 до 100 % (рис. 8-9). Для полной очистки воды от ионов металлов можно использовать многоэтапную установку с различными показателями кислотности и температуры среды.

Наночастицы оксида алюминия со средним размером частиц 40 нм способны очень эффективно адсорбировать формальдегид [17]. При кислотности среды от 5 до 8,5 наблюдается 100 % удаление формальдегида из воды. При этом, данные частицы можно использовать и для адсорбции формальдегида из потока воды. В таких условиях 99 % удаление форамьлдегида наблюдается при скорости потока до 3 мл/мин. Также возможно использование наночастиц для удаления из воды нефти и нефтепродуктов. Это возможно осуществить, используя нано композит, состоящий из расслоенного вермикулита и углеродных нанотрубок с внешним диаметром 5-10 нм [18]. Такой нанокомпозит превосходит применяемые сорбенты по эффективности поглощения нефтепродуктов на 1-2 порядка, вплоть до 146 г/г.

Эффективность различных адсорбционных наноматериалов много выше применяемых в настоящее время. Это доказывается рассмотренными примерами. Объясняется это тем, что для адсорбции очень важно значение удельной поверхности. Поскольку у наночастиц значение удельной поверхности достаточно велико, эффективность адсорбции оказывается гораздо выше, в сравнении с другими материалами.

Рис. 7 Результаты ПЭМ наночастиц железа (A) и их распределение по размерам (B)

Рис. 8 Зависимость эффективности адсорбции от pH среды

Рис. 9 Зависимость эффективности адсорбции от температуры среды

Еще статьи

История развития науки экологии на примере нефтегазовой промышленности
Общеизвестно, что среди экологически неблагополучных отраслей отечественной промышленности ТЭК занимает едва ли не первое место. На его долю приходится свыше 40% общих загрязнений окружающей среды. Предприятия ТЭК ежегодно нарушают около 30 тыс. га земель, при этом ре ...