Российские ученые из Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, во главе с к.х.н. Артемом Малахо, вывели на новый уровень технологии защиты моря и окружающей природы от нефтяных загрязнений. Благодаря созданию высокоэффективного терморасширенного пенографита процесс очистки водных поверхностей стал еще более результативным, быстрым и экологически безопасным.
Что такое терморасширенный графит и как он работает
Терморасширенный графит, или пенографит, представляет собой современный макропористый материал, идеально подходящий для задач сорбции. Его основа — чистый графит, а пространственная структура напоминает соты, образованные атомами углерода. В отличие от обычного графита, слоистые участки в пенографите ориентированы под разными углами, что существенно увеличивает его активную поверхность и снижает плотность вплоть до одного грамма на литр. Благодаря этому пенографит способен быстро и избирательно впитывать органические соединения из водных поверхностей, оставаясь абсолютно гидрофобным.
Этапы создания нового пенографита
В качестве сырья для синтеза берется природный кристаллический графит. На первом этапе материал подвергается обработке мощным кислотным раствором, содержащим окислитель. Под действием реагентов между слоями графита проникают молекулы кислоты, обеспечивая образование структур с кислородосодержащими группами. После тщательной промывки и сушки получают окисленный материал, который подвергают моментальному нагреву, или термоудару, до тысячи градусов, с невероятной скоростью в несколько сотен градусов в секунду. Такой ни с чем не сравнимый температурный скачок приводит к почти мгновенному испарению воды и остатков кислоты из кристаллической структуры, что дает резкое увеличение объема и появление микропор. В результате появляется вещество, наделенное исключительными сорбционными способностями и устойчивое в эксплуатации.
Магнитные свойства для быстрой уборки загрязнений
Для еще большей эффективности в промышленности пенографит обогащается магнитными частицами. Этот инновационный подход позволяет собирать материал вместе с поглощенной нефтью посредством воздействия магнитного поля. В традиционной схеме графит насыщается растворами солей железа, а затем, в результате термоудара и обработки водородом, появляется магнитное металлическое железо. Однако применение водорода существенно удлиняет и удорожает весь процесс.
Команда МГУ под руководством Артема Малахо предложила значительно более экономичную и быструю схему: исходный графит пропитывают не только солью железа, но и добавляют соли кобальта либо никеля. При последующем термическом воздействии происходит моментальное формирование магнитного феррита в присутствии воздуха, что исключает необходимость дорогих восстановительных реакций с использованием водорода. Образование феррита занимает всего несколько секунд, что дает реальное преимущество для массового внедрения технологии.
Сравнение с существующими сорбентами
Испытания показывают: один грамм обновленного терморасширенного графита способен поглотить до пятидесяти граммов нефти! Для сравнения: основной промышленный конкурент — полиуретан — тоже собирает нефть в аналогичной пропорции, но большинство традиционных решений уступают многократно. Так опилки, древесная щепа и лузга справляются только с семью-восьмью граммами на грамм своего веса, а такие материалы как мох, торф или активированный уголь — всего с пятью граммами нефти на грамм сорбента. Именно поэтому достижения химиков МГУ значительно повышают шансы на быструю и эффективную очистку разливов нефти.
Экологическая ответственность и будущее очистки водоемов
Пенографит идеально подходит для устранения нефтяных пленок, плавающих на поверхности воды, являясь незаменимым помощником службы спасения природы. Благодаря гидрофобности и высокой скорости поглощения, материал быстро нейтрализует аварийные пятна, не теряя своих качеств. В отличие от биологических методов, использующих специальных бактерий — доступных пока только по высоким ценам — инновационный сорбент обеспечивает гораздо более быстрый и дешевый результат.
Хотя для глубоководных загрязнений пока по-прежнему применяют биотехнологические схемы, дальнейшее развитие методов на основе пенографита сулит настоящую революцию в сфере морской экологии.
Заключение: вклад российских ученых в охрану природы
Работа коллектива под руководством Артема Малахо принесла настоящее обновление в сферу борьбы с аварийными разливами нефтепродуктов на водных поверхностях. Новая методика синтеза терморасширенного магнитного графита обладает огромным потенциалом для масштабных экологических программ. Простота, экономичность и высокая результативность делают этот инновационный материал одним из самых перспективных решений для защиты морской среды от последствий чрезвычайных ситуаций.
Источник: scientificrussia.ru
