Исследователи из Университета RMIT разработали многоразовый магнитный материал, который удаляет более 95 процентов микро- и нанопластика из сточных вод примерно за один час. Материал также улавливает ряд других загрязняющих веществ, включая пер- и полифторалкильные вещества, тяжелые металлы и фармацевтические препараты. Результаты исследования, опубликованные в журнале Chemical Engineering Journal, являются продолжением работы, о которой команда впервые сообщила в 2022 году.
Масштабы проблемы микропластика хорошо задокументированы. Частицы пластика теперь обнаруживаются в питьевой воде, пищевых цепях и крови людей по всему миру. Нанопластик, размер которого составляет менее одного микрометра, оказался особенно сложным для борьбы в больших масштабах. В настоящее время не существует разработанного крупномасштабного метода удаления частиц такого размера.
Что делает этот материал?
В лабораторных условиях адсорбент удалял частицы размером до 30 нанометров. Это диапазон размеров, с которым обычные системы фильтрации в значительной степени не справляются. Около 80 процентов загрязняющих веществ удалялось в течение первых 15 минут обработки. Такая скорость важна, поскольку большинство муниципальных очистных сооружений работают в сжатые сроки.
Материал показал хорошие результаты при работе с несколькими распространенными типами пластика, включая полиэтилен, полипропилен и полиэстер. Он оставался эффективным как в пресной, так и в соленой воде. Помимо пластика, исследователи зафиксировали высокие показатели удаления ртути, хрома, меди, синтетических красителей и ибупрофена.
Профессор Ники Эштиаги из RMIT назвала улавливание нанопластика критически важным шагом вперед. «До сих пор нет разработанного крупномасштабного решения для их удаления», — сказала она. Первый автор, доктор Мухаммад Харис, заявил, что материал был разработан специально для быстрого удаления микро- и нанопластика.
Промышленные испытания и магниторазведка
Команда протестировала технологию на промышленных сточных водах прачечных, являющихся значительным источником загрязнения синтетическими волокнами. Материал удалил более 88 процентов полиэфирных микроволокон и красителей, несмотря на присутствие в воде поверхностно-активных веществ и органических соединений. Это значимый результат. Сточные воды прачечных имеют сложный химический состав, и эффективность многих методов очистки снижается в таких условиях.
Прототип системы, разработанный совместно с канадской компанией One Eye Industries, продемонстрировал, что адсорбент можно магнитно отделить от воды и быстро извлечь после каждого использования. Магнитное извлечение решает ключевую проблему на пути к коммерческому внедрению. Если материал невозможно эффективно извлечь и повторно использовать, эксплуатационные расходы в больших масштабах становятся непомерно высокими.
Производственный процесс также существенно улучшился. Теперь команда производит материал при комнатной температуре, используя меньше дорогостоящих компонентов. По словам исследователей, производственные затраты примерно на 75 процентов ниже, чем у предыдущих версий. Материал можно использовать многократно.
Коммерческие пути и нормативно-правовой контекст
RMIT начал предварительные коммерческие переговоры с компанией Fire and Test Australasia, принадлежащей коренному населению и расположенной в Джилонге, штат Виктория. Партнерство направлено на очистку ливневых и сточных вод, включая проекты в масштабах местных сообществ. Исследователи также сотрудничают с компанией Star Water Group, среди клиентов которой есть операторы на рынке США.
Такой подход, ориентированный на США, имеет под собой определенную логику. В последние годы американские регулирующие органы ужесточили стандарты как в отношении микропластика, так и ПФАС. Спрос на передовые методы очистки растет среди муниципальных и промышленных предприятий, которые находятся под давлением необходимости соблюдения новых ограничений. Сочетание высокой эффективности улавливания и низкой стоимости магнитной очистки делает этот подход перспективным с коммерческой точки зрения в таких условиях.
Эта технология также имеет потенциал в децентрализованных системах. Во многих регионах отсутствует доступ к крупномасштабной инфраструктуре для очистки сточных вод. Материал, который работает быстро, обеспечивает чистоту очистки и может производиться с меньшими затратами, мог бы обслуживать небольшие населенные пункты и отдаленные районы, где традиционные установки нецелесообразны.
Текущее положение дел
Опубликованные на данный момент результаты получены в ходе лабораторных и опытно-конструкторских испытаний. Переход от лабораторных испытаний к полномасштабному внедрению в муниципальных или промышленных целях сопряжен с иными инженерными и нормативными проблемами. Исследователи признают, что коммерческие партнеры в настоящее время изучают эти вопросы.
Загрязнение пластиком и стойкое химическое загрязнение все чаще становятся предметом пристального внимания регулирующих органов и инвесторов. Коммунальные предприятия, производители текстиля и промышленные потребители воды сталкиваются с растущим давлением, требующим продемонстрировать надежные стратегии очистки. Материал, который одновременно удаляет микропластик, нанопластик, тяжелые металлы и ПФАС, и делает это в течение времени, которое операторы могут реально использовать, будет иметь широкое применение в различных секторах, если результаты полевых испытаний будут соответствовать лабораторным данным.
