Наночастицы железа очищают сточные воды от взрывчатых веществ

Исследователи из Университета Делавэра разрабатывают новую технологию очистки сточных вод, образующихся при производстве и утилизации современных взрывчатых веществ. В отличие от бытовых фильтров с активированным углем, которые неэффективны против этих соединений, технология использует наночастицы железа для полного разрушения загрязнителей.

Проблема: безопасные боеприпасы — опасные стоки

Современные нечувствительные боеприпасы (insensitive munitions) сложнее случайно детонировать, что безопаснее для персонала. Однако они обладают более высокой растворимостью в воде, чем традиционные взрывчатые вещества (например, TNT). В результате в сточных водах производственных процессов накапливаются высокие концентрации этих соединений.

«Традиционные методы очистки, такие как адсорбция на активированном угле, не очень эффективны для удаления этих высокорастворимых соединений», — пояснил профессор Пей Чиу.

Активированный уголь лишь адсорбирует загрязнители, создавая вторичные отходы, требующие утилизации.

Решение: тройное действие наночастиц железа

Технология основана на использовании нанодисперсного железa нулевой валентности (nanoscale zerovalent iron) с размером частиц около 25 нм.

  1. Разрушение взрывчатых веществ: Частицы железа корродируют не кислородом, а соединениями боеприпасов в воде, отдавая им электроны. В результате происходит мгновенное разрушение загрязнителей, а железо окисляется до двухвалентного состояния (Fe2+).
  2. Окисление остатков: В обработанную воду добавляют пероксид водорода (H2O2). Двухвалентное железо активирует H2O2, что приводит к окислению остаточных соединений. При этом железо переходит в трёхвалентное состояние (Fe3+).
  3. Доводка воды: Трёхвалентное железо, широко применяемое в водоочистке, осаждает оставшиеся частицы и примеси, подготавливая воду к сбросу или повторному использованию.

«Красота технологии в том, что одно и то же железо используется трижды для трёх разных целей», — отметили исследователи.

Ход исследования

  • Работа ведётся в рамках трёхлетнего гранта (с 2019 г.) программы ESTCP Министерства обороны США (DOD).
  • Команда анализирует пробы сточных вод с объектов Армии США с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (HPLC).
  • Лабораторные эксперименты показали многообещающие результаты. Цель — определить оптимальные условия для пилотных испытаний в полевых масштабах, запланированных на весну 2020 года.
  • Проект включает анализ стоимости, который, как ожидается, покажет преимущество технологии перед адсорбцией на активированном угле.

Перспективы

Технология может найти применение не только для очистки военных стоков, но и для обработки промышленных сточных вод в других отраслях, например, в производстве агрохимикатов и потребительских товаров. Это позволит предприятиям экономить воду, снижать затраты и экологические риски.