Дослідники шведського Технологічного університету Чалмерса винайшли новий спосіб очищення забрудненої води за допомогою матеріалів на основі целюлози. Цей прорив може мати значний вплив у регіонах, де технології очищення води є неадекватними, і допоможе вирішити широко поширену проблему викидів токсичних барвників із текстильної промисловості.

Доступ до чистої води необхідний для нашого здоров’я та благополуччя, але для багатьох він залишається проблемою. Всесвітня організація охорони здоров’я (ВООЗ) повідомляє, що наразі понад два мільярди людей живуть без належного доступу до чистої води.

Ця глобальна проблема є центром дослідницької групи з Технологічного університету Чалмерса , яка розробила метод легкого видалення забруднюючих речовин із води. Група, очолювана Гуннаром Вестманом, доцентом органічної хімії, зосереджується на нових способах використання целюлози та продуктів на основі деревини та є частиною Наукового центру Валленберга з дерева.

Дослідники накопичили надійні знання про нанокристали целюлози – і саме тут криється ключ до очищення води. Ці крихітні наночастинки мають видатну адсорбційну здатність, яку дослідники тепер знайшли спосіб використати.

«Ми застосували унікальний цілісний підхід до цих нанокристалів целюлози, досліджуючи їхні властивості та потенційне застосування. Зараз ми створили матеріал на біологічній основі, форму целюлозного порошку з чудовими очисними властивостями, які ми можемо адаптувати та модифікувати залежно від типів забруднюючих речовин, які необхідно видалити», — говорить Гуннар Вестман.

Поглинає і розщеплює токсини

У дослідженні, нещодавно опублікованому в науковому журналі Industrial & Engineering Chemistry Research, дослідники показують, як токсичні барвники можна відфільтрувати зі стічних вод за допомогою методу та матеріалу, розробленого групою. Дослідження було проведено у співпраці з Малавійським національним технологічним інститутом Джайпура в Індії, де забруднювачі барвників у стічних водах текстильної промисловості є широко поширеною проблемою.

Лікування не потребує ні тиску, ні тепла, а для каталізації процесу використовується сонячне світло. Гуннар Вестман порівнює цей метод із наливанням малинового соку в склянку із зернами рису, які просочують сік, щоб вода знову стала прозорою.

«Уявіть собі просту систему очищення, як портативний ящик, підключений до каналізаційної труби. Коли забруднена вода проходить через целюлозний порошковий фільтр, забруднені речовини поглинаються, а сонячне світло, що потрапляє в очисну систему, змушує їх швидко й ефективно руйнуватися. Це економічно ефективна та проста система для встановлення та використання, і ми бачимо, що вона може принести велику користь у країнах, які наразі мають погану або що не існує очищення води», – говорить він.

Метод буде випробуваний в Індії

Індія є однією з країн Азії, що розвиваються, з великим виробництвом текстилю, де щороку в озера, річки та струмки викидається велика кількість барвників. Наслідки для людей і навколишнього середовища серйозні. Забруднювачі води містять барвники та важкі метали та можуть спричинити пошкодження шкіри при прямому контакті та підвищити ризик раку та пошкодження органів, коли вони потрапляють у харчовий ланцюг. Крім того, на природу впливають кількома способами, включаючи порушення фотосинтезу та росту рослин.

Проведення польових досліджень в Індії є важливим наступним кроком, і зараз дослідники Чалмерса підтримують своїх індійських колег у їхніх зусиллях змусити деякі дрібні підприємства країни випробувати цей метод у реальності. Наразі лабораторні випробування промислової води показали, що за допомогою нового методу видаляється понад 80 відсотків забруднювачів барвників, і Гуннар Вестман бачить хороші можливості для подальшого підвищення ступеня очищення.

«Перехід від скидання повністю неочищеної води до видалення 80 відсотків забруднених речовин є величезним покращенням і означає значно менше руйнування природи та шкоди людям. Крім того, оптимізувавши рН і час обробки, ми бачимо можливість ще більше вдосконалити процес, щоб ми могли виробляти як воду для поливу, так і питну. Було б фантастично, якби ми змогли допомогти цим галузям отримати систему очищення води, яка працює, щоб люди в прилеглих районах могли використовувати воду без ризику для свого здоров’я», – каже він.

Може використовуватися проти інших видів забруднювачів

Гуннар Вестман також бачить великі можливості для використання нанокристалів целюлози для обробки інших забруднювачів води, крім барвників. У попередньому дослідженні дослідницька група показала, що забрудни речовини токсичного шестивалентного хрому, який часто зустрічається у стічних водах гірничодобувної, шкіряної та металургійної промисловості, можна успішно видалити за допомогою подібного типу матеріалу на основі целюлози. Група також вивчає, як область досліджень може сприяти очищенню залишків антибіотиків.

«Існує великий потенціал для пошуку хороших можливостей для очищення води за допомогою цього матеріалу, і на додаток до базових знань, які ми накопичили в Chalmers, важливим ключем до успіху є колективний досвід, доступний у Wallenberg Wood Science Center», — говорить він.