Инновационная система способна извлекать из воды тяжелые металлы (ВИДЕО)
Инженеры из Университета Брауна разработали систему, которая максимально эффективно удаляет тяжелые металлы из воды
Экспериментально исследователи показали, что система снижает концентрации кадмия, меди и никеля, очищая воду до приемлемых стандартов. Планируется использование техники в крупных масштабах.
Результаты исследования опубликованы в декабрьском номере журнала Chemical Engineering.
Печальным последствием многих методов промышленного производства является выведение тяжелых металлов в водоемы. Металлы могут в течение многих десятилетий и даже столетий оставаться в воде. При этом, даже если их концентрации низкие, они не перестают быть опасными.
Очистить воду от металлов действительно трудно, сказал Джозеф Кало, профессор в области химической инженерии, заведующий лабораторией в Брауне. Он отметил, что для минимального решения этой проблемы нужны огромные средства и время, причем, чаще всего методы недостаточно эффективны: «Это походит на попытку посадить джина в бутылку».
Но ситуация может измениться. Кало и другие инженеры в Брауне описывают новый разработанный ими метод. Инженеры сообщают, что метод, названный системой циклического электрохимического извлечения металлов (cyclic electrowinning system (CEP)), удаляет до 99 процентов меди, кадмия и никеля, возвращая воду в нормальное состояние. Автоматизированная система CEP разрабатывается для дальнейшего широкого применения.
Инженеры университета Брауна разработали автоматизированную систему, которая комбинирует принципы простых химических реакций с электрохимическими методами, для того чтобы циклическим способом удалять смеси тяжелых металлов из воды
Первоначальная технология имеет различные названия - электролитическое восстановление воды или электрохимическое выведение металлов из воды. Ее суть в использовании электрического тока, чтобы преобразовать положительно заряженные металлические ионы (катионы) в устойчивое, твердое состояние, когда их можно легко отделить от воды и удалить. Недостаток метода в том, что концентрация металлических катионов в воде должна быть достаточно высокой, чтобы они могли группироваться и их можно было эффективно извлечь; если концентрация катионов слишком низкая - меньше чем 100 частей на миллион – эффективность метода падает в разы. Для экспериментов ученые искусственно повышали количество металлических ионов.
Еще один способ удаления металлов – простая химия. Техника включает использование гидроокисей и сульфидов, которые превращают металлические ионы в твердый осадок. Однако эти твердые частицы представляют собой токсичную «смесь», и ученые еще не придумали, как ее изолировать или обезвредить. Хранить полученные токсичные осадки в водоемах неприемлемо с экологической точки зрения. «Никто не станет брать на себя ответственность за решение этого вопроса», - сказал Кало.
Дилемма в том, как эффективно удалить тяжелые металлы, не создавая нездорового побочного продукта. Кало и его соавторы - исследователь Пенгпенг Гримшоу и доктор химических наук Джордж Грэдил - пришли к тому, чтобы совместить эти два метода, сформировав «замкнутую» систему. «Мы решили использовать положительные функции обоих методов, комбинируя их в циклическом процессе», - сказал Кало.
Потребовалось несколько лет, чтобы построить систему и сделать ее жизнеспособной. В своей статье авторы описывают, как она работает. Система CEP состоит из двух основных этапов. На первом – отыскиваются и группируются катионы и другие частицы, их преобразовывают в устойчивые металлы в твердом состоянии и удаляют. На первой стадии загрязненная тяжелым металлом вода помещается в резервуар, куда добавляются серная кислота или основание (гидроокись натрия), которые меняют pH фактор воды, эффективно отделяя молекулы воды от металла. Этот процесс несколько раз повторяется, при этом содержание металла возобновляется, чтобы не понижать эффективность отделения, до тех пор, пока концентрация металлических катионов не достигает числа, при котором можно эффективно использовать электрохимическое извлечение металлов.
Затем начинается второй этап, связанный с использованием объемных электродов. Здесь металлические катионы химически изменяются на устойчивые металлические твердые частицы, таким образом, их легко удалить. После этого вода переносится в следующий резервуар, где уровень концентрации металлических ионов понижается до приемлемых масштабов. Эти процессы повторяются автоматизированно циклическими методами до тех пор, пока не будет достигнут желаемый результат.
Исследование проводилось на примере кадмия, меди и никеля. Но Кало говорит, что подход может использоваться для других тяжелых металлов, таких как свинец, ртуть и олово. Исследователи продолжают тестировать систему, чтобы убедиться в правильности результатов.
Исследование финансировалось Национальным институтом экомедицинских наук США, Национальным институтом здоровья США и Браунским университетом.
Комментарии
Отправить комментарий