ПРОЕКТЫ 2024 ГОДА

Разработка линейки гибридных наносорбентов на основе углеродных точек и диоксида кремния для извлечения тяжелых металлов из флотационных,попутных и сливных вод

Нагорный Леонид Александрович

Рябченко Егор Олегович

Руководитель

м.н.с. лаборатории прикладных материалов для энергетики

Исполнители

Рябченко Егор Олегович

Суслов Арсений Павлович

Дорошенко Илья Вячеславович

Филипова Ирина Викторовна

Андреев Юрий Сергеевич

Кривошапкина Елена Федоровна

Научный консультант

д.х.н. заведующий лаборатории прикладных материалов для энергетики

ОПИСАНИЕ

Целью проекта является разработка линейки гибридных наносорбентов на основе углеродных точек и диоксида кремния с целью извлечения тяжелых металлов из водных сред. В частности, будет проведена разработка и изготовление линейки опытных образцов материалов с подтвержденной эффективностью сорбции и селективностью по ионам следующих металлов: кобальт, никель, медь, свинец, ртуть. Предполагаемое использование результатов базируется на применении в ряде коммерческих энергетических предложений, связанных с обработкой сточных вод и гидрометаллургией. Сам материал может быть эффективно применен в качестве набивки сорбционных кассет для водоочистных установок, а также как флокулянт для отстаивания и очистки больших объемов вод, что способно создать эффективную замену дорогостоящим материалам на основе полимеров и ионообменных смол.

ХАРАКТЕРИСТИКИ

Селективность по целевым ионам не менее 98%
Емкость сорбции при условиях pH<3 (сильно закисленные воды) не менее 50 мг/г
Емкость сорбции при условиях pH<5 (закисленные воды) не менее 80 мг/г
Время контакта сорбента и раствора в статическом режиме сорбции до достижения предела емкости адсорбции не более: 20 минут
Размер гранул 0,1-0,6 мм
Емкость сорбции при температуре воды 60 oC не менее 50 мг/г
Размер пор не менее 3,5 нм
Площадь удельной поверхности не менее 200 м2

Область применения линейки гибридных наносорбентов на основе углеродных точек и диоксида кремния включает в себя водоочистку и водоподготовку в промышленности, гидрометаллургию, разработку средств экологической безопасности.

С научной точки зрения, сорбенты на основе углеродных точек и диоксида кремния являются новым и многообещающим классом сорбционных материалов. Сочетая функциональную активность углеродных точек, и высокую площадь поверхности диоксида кремния, возможно получать продукт, способный составить конкуренцию на рынке сорбционной химии. Ранее, в научной литературе было описано несколько синтезов подобных гибридов, однако, они не снискали промышленной имплементации за счет несовершенной технологии получения. В свою очередь, имея опыт в органическом синтезе, наша команда предлагает новую технологию получения таких сорбентов, которая способна побороть недостатки предыдущих разработок: низкая емкость сорбции, узкий диапазон работы, плохая селективность. В сравнении с существующими аналогами на рынке сорбентов и селективных сорбентов, разрабатываемый продукт имеет ряд конкурентных преимуществ, который позволит ему прочно занять место в нише систем водоочистки и водоподготовки. В первую очередь, к ним относится цена материала, которая не должна превышать 20$/кг по курсу от 11.04.2024. Также немаловажно обеспечить и преимущество по двум основным техническим характеристикам: селективности и емкости сорбции. В частности, селективность по целевому иону должна быть не менее 98%, с целью обеспечить дальнейшую рекуперацию металла высокой чистоты и проложить перспективу коммерциализации в сектор гидрометаллургии. Емкость сорбции должна быть при этом как минимум на уровне известных аналогов, или превышать её, что позволит реже производить перезарядку сорбционных установок, а значит, снизить цены на их обслуживание. Интервал рабочих условий материала (pH, температура, соленость воды) для разрабатываемого продукта также должен быть как можно шире при минимальном снижении параметров при входе в зону неблагоприятных условий, чтобы обеспечить эффективность работы вне зависимости от параметров обрабатываемой воды. Важно отметить и тот факт, что в связи с недоступностью экспорта, сортамент доступных сорбентов на российском рынке существенно снизился при одновременном росте спроса. Учитывая конкурентные преимущества разработки, а также возможность её интеграции в большое количество индустриальных периметров, проект сможет успешно выйти не только на внутренний, но и на международный рынок сорбционных разработок.