СПОСОБ АДСОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ МИКРОПЛАСТИКА Российский патент 2025 года по МПК C02F1/28 B01J20/12 B01J20/16 

Изобретение относится к очистке воды от микропластика из любых природных источников, а также к доочистке воды из водопроводной сети и очистке сточных вод. Фильтрование загрязненной воды микропластиком проводят через два слоя природных адсорбентов, в качестве которых используют бентонит (размер частиц <3 мм) и цеолит (размер частиц 1-2,5 мм), взятых в соотношении, мас. %: бентонит - 75 (верхний слой), цеолит - 25 (нижний слой).

Известен способ водоподготовки (RU №2316479), включающий фильтрацию воды через слой гранулированного серпентинита, который предварительно преобразуют в анионообменный материал путем обработки щелочным раствором.

Недостатком известного способа является отсутствие очистки воды от микропластика.

Известен способ очистки вод с применением сорбционно-фильтрующего материала (RU №2411059), включающий фильтрацию воды через отходы производства терморасширенного графита, расположенные слоями в порядке чередования с внешними слоями из отходов полиакрилонитрильного волокна.

Недостатками данного способа являются недостаточная эффективность очистки воды от микропластика и отсутствие информации об эффективности очистки.

Известен способ очистки вод, включающий применение адсорбента на основе торфа, подвергнутого термолизу, обработанного гидроксидами алюминия и железа, с поверхностью, модифицированной поли-1,2-диметил-5-винил-пиридинийметилсульфатом (RU №2156163).

Недостатком данного способа является недостаточная эффективность очистки от микропластика.

Известен способ очистки сточных вод (RU №2736497), включающий фильтрацию загрязненных сточных вод через композицию адсорбционно-фильтрующих лигноцеллюлозносодержащих материалов. Способ позволяет очистить промышленные и близкие к ним по составу сточные воды от ионов металлов, нефтепродуктов, органических загрязнений и запаха.

Недостатком известного способа является недостаточная эффективность очистки вод от микропластика.

Известен способ комплексной очистки сточных вод (RU №2414430), заключающийся в комплексной очистке сточных вод от нефти и нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ, красителей, фенолов, ионов металлов путем их сорбции на однородном механически прочном сорбенте, обладающем бифункциональными свойствами. В качестве сорбента, обладающего бифункциональными свойствами, используется сапропель, подвергнутый карбонизации в инертной среде. Изобретение позволяет проводить комплексную очистку многокомпонентных сточных вод.

Недостатками данного сорбента является отсутствие информации по эффективности очистки воды от микропластика.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ адсорбционной очистки воды, включающий фильтрацию через природный адсорбент (RU №2150997).

Недостатком известного способа является недостаточная эффективность очистки вод от микропластика.

Микропластик в воде является одним из наиболее опасных новых загрязнителей и стал серьезной экологической проблемой.

Микропластики попадают в организм водных существ от микроорганизмов до рыб и в итоге встраиваются в пищевую цепь.

Существуют некоторые биологические, химические, электрохимические и физические методы удаления микропластика, однако их широкая применимость и рентабельность вызывают вопросы.

Коагуляция солями алюминия и железа широко применяется на очистных сооружениях, однако эффективность процесса сильно зависит от типа коагулянта и размера/типа микропластика, и эффективность очистки обычно низкая (до 50%). Электрокоагуляция также показывает столь же низкую эффективность. Фильтрация биоуглем или активированным углем оказывается весьма эффективной, однако этот процесс протекает медленно, приводит к закупорке пор, а регенерация является очень трудоемкой. Фотокатализ (например, с TiO₂) существенно уменьшает концентрацию микропластика, однако применение этого метода в настоящее время может оказаться неосуществимым из-за высоких затрат и связанных с этим сложностей.

Фильтрация и коагуляция-флокуляция-осаждение являются неразрушающими методами и требуют дополнительных мер для разложения микропластика. Биологическая обработка показывает низкую способность к разрушению микропластика.

В научной литературе имеется очень ограниченное количество исследований по технологиям разложения микропластика.

Предлагаемый способ обеспечивает высокую степень очистки воды от микропластика.

Задачей изобретения является повышение степени очистки воды от микропластика. Для достижения технического результата загрязненные воды микропластиком фильтруют через природные адсорбенты, в качестве которых используют бентонит (размер частиц <3 мм) и цеолит (размер частиц 1-2,5 мм), взятых в соотношении, мас. %:

Бентонит - 75 (верхний слой);

Цеолит - 25 (нижний слой).

В составе бентонита преобладающим минералом является монтмориллонит, обладающий выраженными сорбционными и ионообменными свойствами. Монтмориллонит содержит катионы металлов, которые выступают в качестве обменных катионов. Наиболее распространенным обменным катионом в бентонитах является Са²⁺.

Цеолит - минерал с большим количеством мелких пор, известный своими фильтрующими, каталитическими и ионнообменными особенностями.

Сорбционный аппарат состоял из стеклянной трубки длиной 50 см с внутренним диаметром 4 см, оканчивающийся краном (фиг. 1).

Фиг. 1. Лабораторная установка для очистки воды от микропластика: 1 - слой бентонита; 2 - слой цеолита; 3 - сито из нержавеющей стали (ячейка 0,025 мм); 4 - стеклянное перфорируемое дно; 5 - кран.

После заполнения сорбентами колонка промывалась двумя литрами воды. Улавливание микропластика в лабораторных условиях было протестировано с использованием смоделированных образцов воды объемом 0,5 л.

Микропластики для лабораторных испытаний готовили путем имитации истирания. Подготовка заключалась в шлифовке наждачной бумагой полимерной тары (таблица 1). Далее частицы микропластика добавлялись воду и проходили процесс фильтрации.

Испытуемую воду подавали из емкости в адсорбционную колонку со скоростью 0,5 л/ч. Подготовленная вода содержала от 5 до 50 мг микропластика. Сито из нержавеющей стали с размером ячеек 0,025 мм располагалось на выходе из колонки, на котором улавливались микропластики, проходящие через колонку. Отбор проб производился после расхода 0,5 л воды. После фильтрации колонку промывали 10 л чистой воды.

Пробы воды до и после фильтрования были проанализированы с помощью Фурье-ИК-спектроскопии.

Данные о степени очистки воды представлены на фиг. 2 и 3.

Как видно из фигур, степень очистки воды от микропластика превышает 95%.

Обнаруженные на поверхности адсорбентов микропластики представляли в основном чешуйки (PET и РР) или волокна (PET и PS), при этом большинство микрочастиц были бесцветными или имели белый цвет (фиг. 4).

Заявленный способ адсорбционной очистки воды от микропластиков отличается от известных прототипов по следующим параметрам:

- высокая адсорбционная способность (улавливает более 95% микропластиков);

- высокая производительность технологического процесса;

- низкая стоимость адсорбционных материалов;

- простота технологического процесса очистки воды, т.к. в данном случае не требуется предварительная и дополнительные стадии очистки;

- высокое качество очищаемой воды;

- расширение области применения природного адсорбционного сырья.

Изобретение относится к очистке воды от микропластика из любых природных источников, а также к доочистке воды из водопроводной сети и очистке сточных вод. Фильтрование загрязненной воды микропластиком проводят через два слоя природных адсорбентов - бентонит и цеолит. Бентонит имеет размер частиц менее 3 мм и образует верхний слой. Цеолит имеет размер частиц 1-2,5 мм и образует нижний слой. Бентонит и цеолит взяты в соотношении, мас. %: бентонит - 75, цеолит - 25. Технический результат: высокая степень очистки сточных вод от микропластика. 4 ил., 1 табл.

Способ адсорбционной очистки воды от микропластика, включающий фильтрацию через два природных адсорбента, отличающийся тем, что в качестве адсорбентов используют бентонит, образующий верхний слой и имеющий размер частиц менее 3 мм, и цеолит, образующий нижний слой и имеющий размер частиц 1-2,5 мм, взятых в соотношении, мас. %: бентонит - 75, цеолит - 25.