Ученые использовали промышленные отходы от сжигания угля для создания новых высокопрочных пористых керамических материалов. Эти материалы можно использовать в качестве микрофильтрационных мембран — для очистки воды от твердых частиц.
Разработкой занимаются ученые Красноярского научного центра СО РАН. Чтобы получить новый керамический материал, они использовали два вида сырья: промышленные отходы от сжигания угля – узкую фракцию дисперсных микросфер летучей золы, и природное сырье вулканического происхождения – измельченный перлит.
По воздействием температуры 1000°C смесь этих двух компонентов превращается в пористые керамические композиты. Зольные микросферы, расположенные между частицами перлита, формируют структурный каркас и отвечают за пористую структуру. А оплавленный при термообработке перлит обеспечивает прочность конструкции. По словам ученых, новые композиты оказались высокопрочными, и по этому параметру они превосходят другие аналогичные известные керамики.
Ученые также оценили фильтрующую способность нового материала: для этого использовали водную суспензию дисперсных микросфер летучей золы со средним диаметром 2,5 микрометра. В процессе фильтрации степень очистки воды достигает практически 100%, твёрдые частицы успешно отделяются, а вода в результате становится прозрачной.
При этом твердые частицы не проникают внутрь керамической мембраны, а остаются на поверхности. Это значит, что после прочистки фильтры можно будет использовать повторно, что снижает финансовые и производственные затраты.
По словам Вячеслава Павлова, д.х.н., главного научного сотрудника Института космических технологий КНЦ СО РАН, разработку ученых можно использовать при создании ресурсосберегающих технологий комплексной переработки крупнотоннажных отходов тепловой энергетики, очистки жидких и газовых сред в различных отраслях промышленности. Результаты работы ученых опубликованы в Журнале Сибирского федерального университета. Химия.
«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 использование техногенных отходов позволяет существенно снизить стоимость фильтрационных и мембранно-разделительных материалов на их основе», — рассказала Елена Фоменко, к.х.н., старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН.
Напомним, проблема утилизации отходов угольных электростанций в стране стоит остро (накоплено уже примерно 1,5 миллиарда тонн золошлаков, и ежегодно к ним добавляется еще 25 миллионов тонн), и в последние годы ей ищут разные варианты решения.
Кроме того, ТЭС 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.
Чтобы сократить вредные выбросы, на некоторых станциях в Сибири устанавливают специальные электрофильтры, которые позволяют практически полностью улавливать твёрдые зольные частицы. Однако вопрос с их утилизацией пока не решен. По мнению ученых, один из вариантов решения — это переработка крупнотоннажных отходов теплоэнергетики в материалы различного назначения, в частности, керамические композиты.
Ранее по теме:
Ученые разработали технологию получения глинозема из золошлаков
«Из отходов в доходы»: золошлаки не оставят без дела
Фото: ksc.krasn.ru