Осадок, образующийся при подготовке питьевой воды, можно использовать как сырьё для сорбента, удаляющего красители из сточных вод. Такой способ предложила международная группа исследователей в работе, опубликованной 24 августа в Scientific Reports.
Материал для экспериментов взяли на станции водоподготовки в египетском городе Шибин-эль-Ком. На предприятии для коагуляции применяют сульфат алюминия. Он помогает объединять мелкие взвешенные частицы в хлопья, которые затем оседают, но одновременно образует большой объём насыщенного водой осадка.
Такой осадок трудно фильтровать и перевозить. Захоронение требует площадей, а сброс без надлежащей обработки способен создавать дополнительную нагрузку на водные объекты и канализационные системы.
Исследователи обработали осадок ионной жидкостью на основе холина и глицина. Ионными называют соли, которые при сравнительно низкой температуре находятся в жидком состоянии. Их химические свойства можно изменять, подбирая положительно и отрицательно заряженные компоненты.
В данном случае добавка уменьшала взаимное отталкивание частиц и способствовала образованию более крупных и плотных хлопьев. Удельное сопротивление фильтрации снизилось с 2,59 × 10¹¹ до 1,11 × 10¹¹ метра на килограмм.
При оптимальной кислотности показатель обезвоживания достиг 47%. Однако эта цифра требует точного толкования: авторы рассчитывали её по сокращению времени капиллярного всасывания, характеризующего фильтруемость осадка. Она не означает, что из материала непосредственно удалили 47% всей содержащейся воды.
Наилучший результат получили примерно за одну минуту при кислотности около pH 3. В нейтральной среде эффект был слабее. Промышленная установка поэтому должна учитывать расход кислоты и последующую коррекцию pH, даже несмотря на очень небольшую дозу самой ионной жидкости.
После обезвоживания осадок высушивали при 105°C, измельчали и применяли как сорбент. Часть образцов дополнительно прокаливали в течение двух часов при 400, 600 или 800°C.
Полученные варианты проверили на двух реактивных текстильных красителях — Synozol KHL Red и Synozol KHL Blue. Максимальная сорбционная ёмкость составила соответственно 43,6 и 90,1 миллиграмма красителя на грамм материала.
Повышение температуры прокаливания не всегда улучшало результат. При 800°C исследователи наблюдали уплотнение частиц и частичное разрушение пористой структуры. Это уменьшало доступность участков поверхности, на которых закрепляются молекулы загрязнителя.
Продолжительность очистки также оказалась значительной. Равновесие для красного красителя устанавливалось примерно за пять часов, а для синего — за 24 часа. Для проточной промышленной системы это означало бы необходимость достаточно большого реактора либо более быстрого варианта контакта.
Проверка повторного использования выявила ещё одно ограничение. Свежий сорбент удалял около 75% красного красителя, после первой регенерации — 73%, но к четвёртому циклу эффективность снизилась до 10%. Для синего красителя заметное падение произошло уже после первого использования. Вероятными причинами названы блокирование активных участков и необратимое связывание части молекул.
Все опыты проводили с искусственно приготовленными растворами отдельных красителей в деионизированной воде. Реальные текстильные стоки содержат соли, поверхностно-активные вещества, органические примеси и смеси красителей, способные конкурировать за поверхность сорбента. Поэтому опубликованные показатели нельзя напрямую переносить на промышленную очистку.
