Население Земли все еще сталкивается с проблемой загрязнения питьевой воды, а в связи с быстрым ростом промышленности и прочей неэкологичной деятельностью человечества положение становится все более серьезным. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, на нашей планете чистой воды, которую можно было бы употреблять без предварительной очистки, остался всего один процент. В странах, испытывающих дефицит водных ресурсов, сегодня проживает более 2 миллиардов человек, а в результате изменения климата и роста населения в некоторых регионах ситуация может усугубиться. По словам экспертов, грязная вода приводит к большому числу различных заболеваний, являющихся одной из основных причин преждевременной смерти. Таким образом, существует острая необходимость в восстановлении водных ресурсов для обеспечения безопасности населения.

«Всякий раз, когда я читаю о проблемах загрязнения питьевой воды, осознаю, что к этим проблемам следует относиться серьезно. В настоящее время наука предлагает множество новых методов и разработку большого количества адсорбентов, включая металлоорганические каркасные структуры (MOFs), цеолиты, активированные угли и другие. Эти материалы могут повысить эффективность процесса очистки воды», — поделилась Приядаршани Раджпут.

Заинтересованные в решении социально важной угрозы, учёные из Международного исследовательского института интеллектуальных материалов ЮФУ проводят исследование «Микрофлюидные технологии очистки сточных вод с помощью пористых материалов», основной целью которого является разработка недорогой, экологичной и надежной технологии с использованием доступных и современных материалов для восстановления сточных вод. Проект выполняет магистрантка МИИ ИМ ЮФУ Приядаршани Раджпут под руководством доктора физ.-мат. наук, заместителя директора Международной исследовательской лаборатории нанодиагностики МИИ ИМ ЮФУ Арама Бугаева в сотрудничестве с рядом лабораторий МИИ ИМ ЮФУ и НИИ Биологии и Академии биологии и биотехнологии.

Для достижения цели исследователи выбрали материалы с очень низкой стоимостью – цеолиты, активированные угли, а сами эксперименты проводили с использованием недорогих комплектующих. Первоначально был применен метод медицинской капельной системы, поскольку его легко реализовать, и он не требуется никаких специальных приспособлений. Этот способ был успешным с некоторыми ограничениями, так как скорость и мощность потока не поддавалась регулировке. Чтобы преодолеть эти ограничения, для фильтрации воды с помощью смеси адсорбентов была использована микрофлюидная система. С помощью комплекса лабораторных измерений удалось быстро получить представление о качестве фильтрации, а недорогая микрофлюидная установка успешно работала для фильтрации воды. Кроме того, с помощью синхротронного метода XANES было установлено, в какой степени окисления находятся ионы тяжелых металлов, в частности свинца.

Результаты исследования могут быть применены в промышленности для очищения загрязненной воды на месте образования отходов. В будущем учёные планируют усовершенствовать микрофлюидные системы для тестирования составов фильтров и геометрии потока воды.

«Это новая работа, посвященная одной из важнейших проблем человечества. На разных производствах содержание выброса отходов сильно отличается, а предложенная технология позволит быстро подбирать наиболее эффективный и недорогой сорбент под конкретную задачу», — отметил Арам Бугаев.

Данная разработка ведется в рамках реализации сразу двух инновационных проектов Программа стратегического академического лидерства «Приоритет 2030»: «Управление почвенными ресурсами и агроклиматология» и «Экспресс-дизайн материалов». Помимо этого, работа поддержана Министерством науки и высшего образования Российской Федерации (Соглашение № 075–15-2021-1363).