Методы, основанные на адсорбции — концентрировании веществ на поверхности или в объеме микропор твердого тела — считаются наиболее перспективными для очистки воды от загрязнителей. При этом гидрогели являются одними из самых эффективных адсорбентов. Они представляют собой гидрофильные, нерастворимые сшитые полимеры, обладающие высокой способностью к набуханию, благодаря чему могут поглощать большой объем водного раствора внутри своей трехмерной структуры.
Ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ разрабатывают технологию получения экологически совместимых гидрогелей из органических отходов, которые могут стать альтернативой распространенным сегодня синтетическим гидрогелям. Новый подход к дизайну материалов предполагает замену синтетических полимеров биосовместимыми и биоразлагаемыми веществами.
В качестве исходного сырья политехники использовали бананы, яблоки и апельсины, из которых извлекли полисахариды.
Сухой экстракт ученые смешали с кросслинкером и получили гидрогель. Он обладает значительной пористостью, высокой способностью к поглощению воды, большой площадью поверхности. Кроме того, гидрогель содержит большое количество активных функциональных групп, таких как амино- и гидроксильные группы, которые увеличивают его адсорбционную способность по отношению ко многим загрязнителям. В частности, к тяжелым металлам: хрому, свинцу, кадмию, ртути, кобальту. Еще одна исключительная характеристика таких гидрогелей — способность отделяться от воды после завершения процесса ее адсорбции простым обезвоживанием. Это позволяет в перспективе использовать их, например, в фильтрах и установках для очистки воды.Особенность нашего метода заключается в применении комплексного подхода, включающего ультразвуковую обработку. Ультразвуковая экстракция — нетрадиционный подход к оптимизации процессов извлечения. Он имеет ряд преимуществ по сравнению с такими традиционными процедурами, как, например, обработка растворителем. Экстракция с применением ультразвука требует более низких температур, проходит быстрее и позволяет получать большой объем полисахарида в виде сухого порошка,
«Наши коллеги из Индонезии отрабатывают точно такую же технологию получения гидрогелей, но на основе полисахаридов из других фруктов. Например, манго и папайи. Разные фрукты содержат разное количество пектина, целлюлозы, крахмала. Это влияет на структуру гидрогеля и, как результат, на его свойства. Нам предстоит сравнить характеристики гидрогелей из разных фруктов. Также мы планируем отработать технологию извлечения из гидрогеля вредных примесей, которые остаются после прохождения через него загрязненной воды, для возможного его повторного использования», — отмечает Антонио Ди Мартино.
На следующем этапе исследования ученые изучать способность гидрогелей удалять различные тяжелые металлы из воды сначала на модельных смесях, а затем на реальных пробах загрязненных вод Томской области и района острова Ява в Индонезии. Для этого будет создана сорбционная колонна на основе гидрогелей, которую они поместят в загрязненную воду. Потенциал полученных гидрогелей восстанавливать и десорбировать загрязняющие вещества будут сравниваться с другими твердыми адсорбентами, широко используемыми на рынке.
«Совместный проект Томского политехнического университета и Университета Бравиджая нацелен на разработку инновационной стратегии производства экологичных гидрогелей нового поколения. Это позволит комплексно решить сразу три проблемы: снизить воздействие на окружающую среду, снизить затраты на утилизацию органических пищевых отходов и получить эффективный и недорогой метод создания гидрогелей», — резюмирует директор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Марина Трусова.