قدم علماء من جامعة جنوب الأورال الحكومية (SUSU) مادة تنظف المسطحات المائية من المعادن الثقيلة وتمنع عودتها إلى البيئة. تم بالفعل اختبار عمل المادة الماصة على عينات المياه الملوثة بسبب أنشطة مؤسسة تعمل بالفعل ، وتم تحقيق نتيجة إيجابية. تم وصف آلية الامتصاص وتأثير المادة المانعه على الوسيط في منشور في المجلة ذات التصنيف العالي «Nanomaterials» (Q1).
يتم إنشاء نوع جديد من المواد - المانعة - من قبل علماء جامعة جنوب الأورال الحكومية الذين يعملون على مواد ماصة لتنقية المياه. يعد تلوث المسطحات المائية بالمعادن الثقيلة مشكلة حادة موجودة في جميع المناطق الصناعية ، بما في ذلك منطقة تشيليابينسك. يعد القضاء على مثل هذه النتائج المترتبة على عمل المؤسسات في مجمع المعادن وبناء الآلات إحدى المهام التي يعمل عليها علماء جامعة جنوب الأورال الحكومية كجزء من مشروع الجامعة الاستراتيجي «الأسس الأساسية لتركيب واستغلال المواد المتقدمة» وفق برنامج «الأولوية - 2030».
تتميز المواد المانعة للتسرب بتأثير مُحسَّن لحجب الكاتيونات المعدنية الثقيلة: هناك مراكز نانوية على سطحها يمكنها تبادل الكاتيونات والأنيونات من الشبكة البلورية للملوثات البيئية المذابة في الماء أو الموجودة في التربة.
أن الاختلاف الأساسي بين المواد المانعة والمواد الأخرى المستخدمة في الامتصاص هو تأثير التنظيم الذاتي وإزالة الكربون - أوضحت تاتيانا لونزينجر ، مرشحة العلوم التقنية ، أستاذة مشاركة في قسم «علوم المواد والكيمياء الفيزيائية للمواد»:
«بعد انتهاء عملية امتصاص الأيونات الملوثة في نظام حجب ذاتي التنظيم ، تبدأ عملية تكوين طبقة سطحية واقية بمشاركة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، والذي يتكون من كربونات ذات تركيبة معقدة ، والتي تغطي سطح المادة وتحويل النظام إلى كائن آمن بيئيًا تتطور عليه أبسط أشكال الغطاء النباتي».
أصبحت المواد الطبيعية الصديقة للبيئة مواد خام للحاصرات. بعد دراسة الخصائص الفيزيائية والكيميائية لمكوناتها ، حدد العلماء التركيب الكيميائي الأمثل ، ونسبة مكونات المرحلة ، وخصائص قوة العناصر وعدد مراكز النانو النشطة. لذلك ، على سبيل المثال ، كان من الممكن معرفة: من أجل انتقال المعادن الثقيلة المذابة في المسطحات المائية إلى الطور الصلب في هيكل الحاجز ، فإن وجود محلول صلب قادر على التبادل الكاتيوني ضروري.
قام العلماء ببناء نموذج نظري ، على أساسه قاموا بتجميع المواد المختبرية والنماذج الأولية. تم اختبارها على حلول نموذجية ومخلفات ومياه الصرف الصحي لشركة الأورال للتعدين والفلزات ، وكذلك في التربة ذات التلوث التكنولوجي.
في الصورة: اختبار خصائص الامتصاص للمادة المانعة
وفقًا للتجربة ، تصل درجة إزالة كاتيونات السيريوم (محاكيات النويدات المشعة) من محلول نموذجي عالي التركيز إلى 100% بعد 8 أيام من ملامسة المادة المانعة ، والنحاس – 100% ، والنيكل - 90.3% ، والزنك - 96.31%. تتم إزالة الحديد تمامًا في 4 أيام.
في عينات شركة الأورال للتعدين والفلزات ، بعد ملامسة المادة المانعة ، بعد 7 أيام ، انخفض تركيز الزرنيخ بمقدار 62.5 مرة ، والكادميوم بمقدار 30 مرة ، والنحاس بمقدار 125 ، والحديد بمقدار 247 ، والمنغنيز بمقدار 590 ، والنيكل بمقدار 7.5 وفي 674 - الزنك.
«أثبت تحليل طور الأشعة السينية أن المكونات الرئيسية لمادة الحاصرات المركبة هي سيليكات المغنيسيوم والكالسيوم لنظام MgO-CaO-SiO2 ، أوكرمانيت (2CaO MgO 2SiO2) ، ومونتي ساتل (CaO MgO SiO2) والميروينيت (3CaO MgO 2SiO2 ). إن وجود مادة مانعة للتسرب يوقف انتقال المعادن الثقيلة من التربة إلى الماء. بعد أسبوعين ، يختفي الزرنيخ والكادميوم والكوبالت والنيكل والرصاص في مستخلص المياه من التربة في وجود مادة مانعة. بعد ثلاثة أشهر من التلامس مع المواد المانعة ، تظهر أبسط أشكال الحياة على التربة الميتة ، وتبدأ عملية استعادة البيئة المدمرة»,- أضافت تاتيانا لونزينجر.
تظهر نتائج البحث أنه يمكن استخدام مواد الحجب في الممارسة العملية. إنها تقلل في نفس الوقت تركيز جميع المعادن الثقيلة المذابة في الماء ، على الرغم من نطاق تركيزاتها ، والتي تختلف في العينات ذات التلوث الشديد بعشرات المرات. سيبدأ العمل المشترك مع شركة الأورال للتعدين والفلزات حول هذا الموضوع في عام 2022.
جامعة جنوب الأورال الحكومية - هي جامعة للتحولات الرقمية ، حيث يتم إجراء البحوث المبتكرة في معظم المجالات ذات الأولوية لتطوير العلوم والتكنولوجيا. وفقًا لاستراتيجية التطور العلمي والتكنولوجي لروسيا الأتحادية ، تركز الجامعة على تطوير مشاريع علمية متعددة التخصصات كبيرة في مجال الصناعة الرقمية وعلوم المواد والبيئة. في عام العلوم والتكنولوجيا ، ستشارك جامعة جنوب الأورال الحكومية في المسابقة في إطار برنامج «الأولوية - 2030». تؤدي الجامعة وظائف مكتب مشروع إقليمي تابع لمركز الأورال العلمي والتعليمي العالمي.