Красноярские исследователи создали новые высокопрочные пористые керамические материалы на основе дисперсных микросфер летучих зол и перлита. Эти материалы перспективны для использования в качестве микрофильтрационных мембран: очищают воду от твердых частиц практически на сто процентов и могут использоваться повторно. Результаты работы опубликованы в Журнале Сибирского федерального университета. Химия.
Тепловые электростанции производят значительные объемы золошлаковых отходов и занимают лидирующие позиции среди загрязнителей окружающей среды по частицам диаметром менее 2,5 микрометров (PM2.5) и менее 10 микрометров (PM10). Зольные частицы-аэрозоли практически постоянно находятся в атмосфере во взвешенном состоянии, ухудшая условия жизни и здоровье людей. Главное направление снижения отрицательного влияния работы ТЭС на окружающую среду — увеличение эффективности улавливания твердых зольных частиц и их утилизация. Один из вариантов — переработка крупнотоннажных отходов теплоэнергетики в материалы различного назначения, в частности, керамические композиты.
Для получения новых высокопрочных пористых керамических композитов ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» при температуре 1 000 °C спекали два вида сырья: промышленные отходы от сжигания угля — узкую фракцию дисперсных микросфер летучей золы, и природное сырье вулканического происхождения — измельченный перлит. Зольные микросферы, расположенные между частицами перлита, формируют структурный каркас и отвечают за пористую структуру. В свою очередь, оплавленный при термообработке перлит обеспечивает прочность конструкции. Новые керамические материалы с улучшенной микроструктурой оказались высокопрочными и значительно превышали по этому параметру показатели аналогичных известных керамик. Материал предлагается использовать для создания фильтрационных мембран.
«Основными критериями при получении керамических мембран являются их пористость, прочность, проницаемость, химическая стойкость и экономические показатели. Выбор исходного сырья обусловлен возможностью использовать крупнотоннажные дисперсные отходы и доступностью природных ресурсов для получения композиционных материалов. Также применение техногенных отходов позволяет существенно снизить стоимость фильтрационных и мембранно-разделительных материалов на их основе», — рассказала старший научный сотрудник Института химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН кандидат химических наук Елена Викторовна Фоменко.
Чтобы оценить перспективу применения нового материала для создания фильтрационных мембран, специалисты определили его фильтрующую способность. Для этого использовалась водная суспензия дисперсных микросфер летучей золы со средним диаметром 2,5 микрометра. В процессе фильтрации твердые частицы успешно отделялись, и вода становилась прозрачной, достигая степени очистки около 100 %. Оседание твердых частиц происходит на поверхности керамических мембран без проникновения внутрь, поэтому после прочистки фильтры можно использовать повторно, что уменьшает финансовые и производственные затраты и нагрузку на окружающую среду.
«Результаты нашего исследования могут быть использованы при создании ресурсосберегающих технологий комплексной переработки крупнотоннажных отходов тепловой энергетики, очистки жидких и газовых сред в различных отраслях промышленности», — отметил главный научный сотрудник Института космических технологий ФИЦ КНЦ СО РАН доктор химических наук Вячеслав Фролович Павлов.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИХХТ ФИЦ КНЦ СО РАН (проект № FWES–2021–0013), ИКТ ФИЦ КНЦ СО РАН (проект № FWES-2021-0029), ФИЦ КНЦ СО РАН (проект № FWES-2024-0032).
Группа научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН
