Новый сорбент из России очистит воду от красок и растворителей17.09.2025 18:01

Ученые Института неорганической химии имени Николаева Сибирского отделения РАН разработали метод синтеза сорбентов, способных задерживать абсолютно все красители, используемые в быту, строительстве и промышленности. Основой сорбента стала двуокись кремния — обычный кремнезем, в изобилии лежащий прямо под ногами. Такие сорбенты могут пригодиться в системах фильтрации сточных вод и в процессе синтеза гибридных пигментов. Работа опубликована в издании Journal of Molecular Liquids.

Актуальность селективной нейтрализации промышленных красителей растет с каждым годом. Они являются отходом кожевенного и текстильного производства, авторемонтных мастерских, предприятий пищевой промышленности, индустрии строительства и ремонта. Нередко вместе с красителями используются еще более токсичные органические растворители, которые также попадают в естественные водные среды и нуждаются в экстренной нейтрализации.

Сорбенты на основе диоксида кремния обладают поверхностной активностью за чет  заряженных функциональных групп. Именно полярность и сила электрического заряда определяют способность сорбента притягивать молекулы красителей, а также ионы тяжелых металлов и прочие загрязнители, растворенные в воде.

Научный сотрудник ИНХ СО РАН кандидат химических наук Никита Шапаренко назвал следующие факторы выбора учеными диоксида кремния (SiO2) в качестве основы для производства сорбентов:

• Большая удельная поверхность наночастиц SiO2;
• Механические свойства;
• Хорошая адгезия с большинством красящих загрязнителей.

Ученые научились менять в широком интервале заряды частиц двуокиси кремния в зависимости от характеристик среды сорбции. Кремнезем оказывается способным к электромеханическим преобразованиям за счет концентрации так называемых силанольных групп Si-OH. Учитывая pH очищаемой среды и свойства конкретных загрязнителей, ученые могут подобрать оптимальную кислотность сорбента.

Эксперименты показали, что сорбент на основе электрохимически модифицируемого кремнезема с одинаковым успехом адсорбирует:

• Антоцианы;
• Кармин;
• Куркумин;
• Бриллиантовый зеленый (зеленка);
• Метиленовый синий (синька);
• Тартразин и пр.

Первые три красителя относятся к натуральным, последние три — к синтетическим.

Кремнезем доступен в природе в неограниченном количестве. Наиболее затратной частью производства является получение наночастиц определенного размера, однако авторы с этим справились, причем их технология оказалась дешевле известного метода Штобера.

В процессе экспериментов задача была усложнена. Дело в том, что исходные наночастицы SiO2 эффективно адсорбировали только катионные красители, не улавливая вещества анионного типа и органические растворители, которыми разводят краски. В итоге удалось получить сорбенты с большим разнообразием поверхностных зарядов, позволяющие справляться со всей гаммой загрязнителей.

Ученые применили две методики. В первом случае в суспензию диоксида кремния вводились поверхностно-активные вещества, которые и формировали нужный поверхностный заряд, «облепляя» частицы SiO2. Катионные ПАВ обеспечивали положительный поверхностный заряд, анионные — отрицательный.

Второй метод предполагал химическую модификацию поверхностного заряда только в положительную сторону. В исходные наночастицы вводились аминогруппы (—NHR, —NH₂), где R — непредельный углеводородный радикал. В результате аминирования наночастицы обзаводились «хвостами» и положительным зарядом и адсорбировали отрицательно заряженные частицы загрязнителей.

В итоге ученые смогли получить комплект из четырех сорбентов на основе простого кремнезема, имеющих диапазон электрокинетического потенциала от -35 до +40 мВ. частиц.

Никита Шапаренко признал, что по отдельности каждый из сорбентов можно применять в качестве селективного средства по электростатическому механизму. Однако для получения универсального набора, эффективного со всеми существующими красителями и во всех средах по уровню pH и другим параметрам, еще необходима дополнительная работа.

Ученые строят далеко идущие планы и не хотят ограничиваться лишь очисткой водных сред.

Недавно российские ученые выяснили, как устья рек не пропускают микропластик в моря и океаны.