Ученые из Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева научились эффективно извлекать из сточных вод предприятий диоксид титана с помощью метода электрофлотации, при котором через растворы пропускают электрический ток. Это позволит не только очищать воду, но и получать ценный продукт для вторичного использования. Результаты работы опубликованы в журнале Glass and Ceramics, кратко о них сообщает отдел научной коммуникации РХТУ.
Диоксид титана (титановые белила, TiO2) используют при изготовлении лаков и красок, керамики, стекла, резины, бумаги и пластика, косметики, лекарств и средств гигиены, а также в качестве пищевой добавки Е-171, которая придает продуктам привлекательный внешний вид и продлевает их сроки хранения. Практически всё, что имеет чистейший белый цвет, сделано с добавлением TiO2, а всего в мире производят от 4,5 до 5 млн тонн диоксида титана в год — именно на его производство идет до 95 % добываемой титановой руды.
Долгое время это вещество считали практически безвредным для человека и окружающей среды, но в последние годы в его белоснежной репутации стали сомневаться. Французское национальное агентство санитарной безопасности пищевой продукции, окружающей среды и труда с 2017 года провело 25 исследований токсичности диоксида титана и доказало, что это опасное вещество, которое, накапливаясь, усиливает в организме окислительные процессы и приводит к воспалительным реакциям. Но если у людей есть выбор, употреблять или нет в пищу продукты с добавкой Е-171 (во Франции с начала 2020 года эта добавка вообще запрещена в пищевой промышленности), растениям и животным от нее не спрятаться. Отходы производств, на которых получают диоксид титана либо продукцию с его использованием, сбрасывают в водоемы. Страдают их обитатели, в первую очередь микроводоросли и рачки, загрязняется почва.
Ученые РХТУ обнаружили, что титановые белила можно эффективно извлекать из титановой воды с помощью метода электрофлотации. В воду опускают электроды и подают ток, при электролизе выделяются пузырьки водорода и кислорода, которые захватывают загрязняющие частицы и вместе с ними всплывают на поверхность. Этот метод хорошо подходит для очистки сточных вод и технологических растворов от ионов тяжелых и цветных металлов, а также растворимых и нерастворимых органических соединений. Однако с диоксидом титана раньше он работал плохо: даже после обработки растворов в течение часа степень извлечения диоксида титана не превышала 80 %, то есть каждая пятая из загрязняющих частиц оставалась в воде
«Проблема состояла в том, что частицы извлекаемого соединения были малых размеров — всего 5–15 мкм. А в этой работе мы подобрали оптимальные концентрации определенных составов, при добавлении которых в загрязненную воду (ее для своих экспериментов мы приготовили в лаборатории) размер частиц значительно возрос и они стали гидрофобными», — рассказывает один из авторов работы, сотрудник технологического центра «Экохимпроект» РХТУ им. Д. И. Менделеева Артём Колесников. — Таким образом, из 500 мл воды мы смогли получить 50 мг диоксида титана всего за 5 минут, выловить все его мельчайшие частицы размерами до 1 микрона. А максимальный коэффициент извлечения в наших опытах был равен 96 %».
В своих экспериментах ученые решили сразу две задачи: эффективной очистки воды от потенциально опасного элемента, а также получения сырья — диоксида титана — для вторичного использования в промышленности. Авторы полагают, что результаты их работы заинтересуют предприятия, занятые не только в производстве диоксида титана, но и в машиностроении, гальванохимии, производстве печатных плат и многие другие, где широко применяется эта добавка. Они обязаны контролировать ПДК вредных примесей в сбрасываемых отходах, а разработанная технология позволяет делать это с более высокой эффективностью при более низких затратах. Кроме того, добытый из сточных вод TiO2 после полного цикла переработки можно вторично запустить в производство.
