Сибирские ученые создадут высокоэкологичные сорбенты

Сотрудники Института твердого тела и механохимии СО РАН разрабатывают технологии, которые позволят снизить стоимость применения в земледелии гуматов, помогут сделать город менее пыльным и уберечь почву и воды от вредных отходов.

Выделять гуматы (соли гуминовых кислот, основа гумуса — органического вещества почвы, содержащего питательные вещества, необходимые высшим растениям) из угля придумали очень давно, лет 150 назад. С тех пор технологии сильно не изменились: берется уголь, заливается раствором щелочи, выделяется соль гуминовых кислот, получившийся раствор нейтрализуется кислотой, гуматы осаждаются, и в результате получается животворящая часть земли, которая потом используется в земледелии.

«В этом процессе есть несколько стадий. Они вроде бы с технологической точки зрения простые, но, когда мы начинаем считать экономическую целесообразность, все сразу летит под откос, потому что получаются огромные объемы растворов, которые нужно утилизировать, расход реагентов просто колоссальный, — рассказывает и. о. заведующего лабораторией химии твердого тела ИХТТМ СО РАН кандидат химических наук Игорь Ломовский. — Мы предложили подход, позволяющий гуминовым кислотам прореагировать со щелочью в твердой фазе. В мельнице-активаторе — разработке нашего института — в специальных механохимических реакторах осуществляется реакция нейтрализации гуминовых кислот со щелочами. На выходе мы имеем продукт, который дальше уже можно растворять и получать высококачественный экстракт либо, если уголь был хорош, сразу использовать как сорбент или удобрение. Благодаря тому, что мы ушли от жидкости на стадии получения солей, щелочи в процессе требуется в пять раз меньше, как и кислоты для нейтрализации. А это во много раз уменьшает стоимость конечного продукта. То есть он наконец становится коммерчески выгодным».

Производство таких сорбентов может быть интересно угольным компаниям, добывающим сырье не самого хорошего качества и имеющим мало потребителей. Если делать из этого угля сорбенты — продукты высокого передела, — их уже можно продавать и в европейскую часть России, и даже, возможно, за границу.

Сорбенты, над которыми работают в ИХТТМ СО РАН, полезны не только для земледелия, но и для экологии. Например, два года назад ученые проводили исследования на отрезке Каменской магистрали в Новосибирске. Посреди трассы есть разделительная полоса, задача которой в том числе — принимать на себя большую часть пыли, чтобы та не распространялась по улицам города. Помогает в этом трава. Проблема в том, что, поскольку содержание тяжелых металлов там превышает все допустимые нормы, трава на этой разделительной полосе практически не растет. В результате пыль с трассы оседает на близлежащих улицах, в помещениях и вдыхается нами.

«Чтобы этого не происходило, надо заставить траву расти, для чего нужно добавить туда сорбенты, которые утянут на себя тяжелые металлы и не дадут им вредить росту растений. Мы показали: благодаря нашим сорбентам в два раза увеличивается высота травы, что, в свою очередь, почти в десять раз увеличивает количество задерживаемой пыли», — говорит ученый.

В ИХХТМ СО РАН гуминовые сорбенты не только выделяют, но и модифицируют. «Мы их окисляем с помощью специальных реагентов, делаем чуть меньше по размеру, за счет чего у них увеличивается растворимость, сорбционная активность по тем же тяжелым металлам становится гораздо выше», — отмечает Игорь Ломовский.

Сейчас исследователи работают над соединением гуматов с частицами-носителями: из растительного сырья, песка или глины. В результате получаются универсальные сорбенты, которые можно применять в самых различных сферах, например для очистки воды. Они уже испытывались на плавбазе Института неорганической химии имени А. В. Николаева СО РАН на Обском водохранилище. Там устанавливались мезокосмы — полиэтиленовые трубы, которые полностью «вырезали» участок воды со всей биотой, затем исследовалось, как оттуда выводится тот или иной загрязнитель. Сорбенты ИХТТМ СО РАН показали себя как очень эффективные очистители.

Другая сфера применения — накопительные озера крупных производств. Воду с отходами напрямую в речку сливать нельзя, ее надо сначала почистить, поэтому она накапливается в вырытом резервуаре. К этому резервуару особые требования: у него должны быть гидроизолированные стенки, а за ними — слой сорбента, задача которого в случае протечек озера не дать вредным веществам уйти в почву и попасть в подземные и другие естественные воды. Необходимо, чтобы этот сорбент мог лежать в земле на протяжении 20 лет и при этом сохранял свои свойства. Большинство синтетических абсорбентов так не могут — они либо слеживаются, либо окисляются, — а гуминовые абсорбенты с задачей справляются.

«К удивлению, нашими разработками сейчас интересуются свинокомплексы. У них есть проблема: свиньям, как и людям, для того, чтобы хорошо расти, нужны макро- и микроэлементы. Однако усвояемость у этих веществ низкая. Если на тонну корма заложить десять граммов, один усвоится, а девять с отходами уйдут в сливы, в результате чего сточные воды содержат достаточно много тяжелых металлов, из-за чего стоки необходимо накапливать и очищать, прежде чем сливать. Идея применять для такой очистки сорбенты не нова, но чтобы это было экономически выгодно, они должны быть категорически дешевыми. Сорбенты, произведенные из угля механохимическим способом, соответствуют этому критерию», — подытожил Игорь Ломовский.