В НовГУ предложили использовать отходы газобетона для очистки промышленных вод
08 июня 2026, 11:47 39
Ученые из Новгородского университета предложили использовать отходы автоклавного газобетона марки D400 для глубокой очистки промышленных сточных вод от сверхтоксичного кадмия. Разработанный метод решает две экологические проблемы: утилизацию многотоннажного строительного брака и очистку стоков гальванических цехов. Кандидат наук, доцент кафедры фундаментальной и прикладной химии Ирина Летенкова вместе со студенткой Валерией Гущиной доказали, что гранулы бетона способны эффективно улавливать опасный металл из растворов с концентрацией загрязнения от 10 до 150 мг/дм³, снижая его содержание на 90%.
Сточные воды промышленных предприятий, особенно гальванических производств, несут в себе скрытую угрозу в виде ионов тяжелых металлов. Кадмий — один из самых опасных среди них. Попадая в окружающую среду, он не разлагается, а накапливается в живых организмах. Для человека кадмий является агрессивным мутагеном и антагонистом кальция: он буквально вымывает кальций из костей, разрушает эритроциты и поражает внутренние органы — от печени до поджелудочной железы.
Самым эффективным методом глубокой очистки таких стоков признана адсорбция — поглощение поверхностью твёрдого адсорбента. Автор исследования в качестве адсорбента предложила использовать газобетон. При производстве газобетонных блоков масса материала уходит в брак еще на этапе резки сырых массивов перед их отправкой в автоклав. Кроме того, блоки часто бьются при транспортировке и на стройплощадках.
Секрет эффективности этого «мусора» кроется в его химическом составе и структуре. Строительный блок состоит из кварцевого песка — 70%, негашеной извести — до 20%, портландцемента, включая сложные силикаты и алюминаты кальция — от 8% до 10%, гипса и алюминиевой пудры — по 2%.
В процессе производства алюминиевая пудра вступает в химическую реакцию, выделяя водород. Пузырьки газа превращают застывающий бетон в губку с диаметром пор от одного до трёх миллиметров. Химики использовали в эксперименте блоки плотностью 400 кг/м³. Материал дробили на фракции размером всего 1–2 миллиметра. Эксперимент проводился при строго выверенном соотношении масс: одну часть адсорбента на 100 частей загрязненного раствора.
Чтобы доказать надежность удерживания кадмия, ученые изучили процесс при температурах 298, 308 и 318 К, что соответствует диапазону от +25 °C до +45 °C. Измерения проводились высокоточным потенциометрическим методом с помощью иономера «АНИОН 4100».
— Математическое моделирование по уравнению Ленгмюра показало высокую точность и подтвердило эффективность метода, коэффициент детерминации составил от 0,980 до 0,997, — рассказывает автор исследования Ирина Летенкова. — Изменение энтальпии составило -60,465 кДж/моль, что прямо указывает на химический характер адсорбции. Кадмий удерживается на поверхности адсорбента не просто за счёт слабых межмолекулярных взаимодействий, он связывается со структурами бетона.
Отрицательное значение изменения энтропии, до -135,56 Дж/моль·K, подтвердило, что хаотично движущиеся ионы кадмия упорядочиваются и образуют стабильные структуры на поверхности бетона. Термодинамические расчеты доказали, что ионы кадмия вытесняют кальций из силикатных составляющих газобетона, образуя новые безопасные соединения, такие как силикаты кадмия или гидроксид кадмия.
Чтобы раскрыть механизм «работы» фильтра, ученые применили индикаторный метод распределения центров адсорбции и спектрофотометрию. Поверхность бетона протестировали набором красителей-индикаторов — от метилового оранжевого до хромового темно-синего.
— В образовании связей с ионами кадмия участвуют основания Бренстеда, — активные центры на поверхности бетона, содержащие атомы кислорода с неподеленной электронной парой, — объясняют исследователи. — До очистки их концентрация составляла 9,85 мкмоль/г, а после 90-минутного контакта с раствором кадмия она упала практически до нуля — до 0,31 мкмоль/г. Доля этих активных центров снизилась в 13 раз — с 0,214 до 0,016. Они полностью заполнились токсичным металлом.
Исследователи доказали, что строительный брак за счет донорно-акцепторного механизма превращается в дешевый химический барьер, способный извлекать опасные экотоксиканты из сточных вод промышленных зон.
Эту и другие новости читайте в официальном МАХ-канале Новгородского университета.
