Рециклинг нефелинового шлама в эффективные сорбенты для глубокой очистки хромсодержащих сточных вод

Целью данной работы является оценка потенциала нефелинового шлама, образующегося на Ачинском глиноземном комбинате, в качестве эффективного сорбента для очистки промышленных сточных вод от шестивалентного хрома (Cr(VI)). Проведены лабораторные эксперименты по изучению адсорбционной способности шлама. Определены химический состав и структура образцов методом рентгенофлуоресцентного и рентгенофазового анализа. Микроструктура оценена с помощью сканирующей электронной микроскопии. Рентгенофазовый анализ выявил, что основными компонентами шлама являются карбонат кальция и дикальцийсиликат. Отмечены высокие уровни дисперсности и щелочности материала. Электронная микроскопия показала пористую структуру шлама, обеспечивающую большую доступную поверхность для сорбции. Установлено, что термически обработанный нефелиновый шлам проявляет высокую сорбционную активность по отношению к ионам Cr(VI). Повышение температуры обработки увеличивает удельную поверхность материала и число активных центров, способствуя эффективному захвату и нейтрализации ионов хрома. Изменение pH среды также оказывает положительное влияние на процесс сорбции. Результаты испытаний показали, что использование шлама позволяет снизить концентрацию Cr(VI) до уровней, соответствующих нормативным требованиям по сбросу сточных вод в водные объекты. Использование этого отхода позволит снизить зависимость от импортных реагентов, уменьшить объемы складируемых отходов и улучшить экологическую ситуацию в регионе. Пористая структура шлама обеспечивает эффективное взаимодействие с загрязняющими веществами. Таким образом, проведенные исследования подтверждают перспективность использования нефелинового шлама в качестве эффективного и экономически целесообразного сорбента для очистки промышленных сточных вод от шестивалентного хрома.

1. Степанова М.Л., Маркелов Н.А., Гафаров М.Ш., Мейланова М.Н., Васильева М.Н., Никифорова Э.М. и др. Комплексное использование нефелинового шлама в производстве строительных материалов // Современные наукоемкие технологии. 2019. № 3-1. С. 77–82. EDN: ZLEZPF.

2. Самигуллина Л.М. Современные технологии утилизации нефтешламов // Молодой ученый. 2022. № 22. С. 616–618. EDN: AJNQYD.

3. Афанасьев С.В., Кравцова М.В., Паис М.А., Носарев Н.С. Анализ методов переработки нефтешламов. Проблемы и решения // Инновации и «зеленые» технологии. Вторая Всеросс. науч.-практ. конф. (г. Тольятти, 19 апреля 2019 г.). Тольятти, 2019. С. 22–27. EDN: ZGEORU.

4. Шепелев И.И., Бочков Н.Н., Головных Н.В., Сахачев А.Ю. Химико-технологические особенности ресурсосберегающих процессов при утилизации твердых отходов металлургического производства // Известия высших учебных заведений. Серия: химия и химическая технология. 2015. Т. 58. № 1. С. 81–86. EDN: TOUHXV.

5. Шепелев И.И., Сахачев А.Ю., Александров А.В., Головных Н.В., Жижаев А.М., Алгебраистова Н.К. Технологические испытания процессов спекания и выщелачивания нефелиновых шихт со шлаком ферротитанового производства // Естественные и технические науки. 2017. № 10. С. 80–84. EDN: ZRZWHD.

6. Шепелев И.И., Жижаев А.М., Бочков Н.Н. Применение отходов глиноземного производства с целью улучшения эксплуатационных свойств дорожных смесей // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2015. № 1. С. 182–193. EDN: THSFNR.

7. Закупень Т.В. Институциональные основы и перспективы формирования промышленности по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов производства в рамках концепции устойчивого развития экономики // Экономика, предпринимательство и право. 2023. Т. 13. № 6. С. 1943–1962. https://doi.org/10.18334/epp.13.6.117836. EDN: WIGLGK.

8. Бурматова О.П. Экологические вызовы в регионах: анализ, пути предотвращения рисков и снижения угроз // Экономика региона. 2021. Т. 17. № 1. С. 249–261. https://doi.org/10.17059/ekon.reg.2021-1-19. EDN: UFYYJD.

9. Карачева М.А. Тяжелые металлы как фактор загрязнения вод (обзор) // Исследования молодых ученых. Материалы XLIX Междунар. науч. конф. (г. Казань, 20–23 декабря 2022 г.). Казань, 2022. С. 5–7. EDN: TTCDFJ.

10. Петухова Ю.Н., Ильина С.И., Фурсенко А.В., Носырев М.А. Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью сорбентов // Евразийский союз ученых. 2019. № 7. С. 51–54. https://doi.org/10.31618/ESU.2413-9335.2019.6.64.254.

11. Власенко Д.А. Новый тип сорбента на основе лигнина и винилиденхлорида для очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов // Химия и химическая технология в XXI веке. Материалы XX Междунар. науч.-практ. конф. им. профессора Л.П. Кулева студентов и молодых ученых (г. Томск, 2023 мая 2019 г.). Томск, 2019. С. 455–456. EDN: JSAGKC.

12. Jin Yang, Peng Jiang, Meimei Zheng, Jieyu Zhou, Xiao Liu Investigating the Influencing Factors of Incentive-Based Household Waste Recycling Using Structural Equation Modelling // Waste Management. 2022. Vol. 142. P. 120–131. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2022.02.014.

13. Sharma P., Singh S.P., Parakh S.K., Yen Wah Tong Health Hazards of Hexavalent Chromium (Cr (VI)) and Its Microbial Reduction // Bioengineered. 2022. Vol. 13. Iss. 3. P. 4923–4938. https://doi.org/10.1080/21655979.2022.2037273.

14. Udroiu I., Sgura A., Vignoli L., Bologna M.A., D'Amen M., Salvi D. et all. Micronucleus Test on Triturus Carnifex as a Tool for Environmental Biomonitoring // Environmental and Molecular Mutagenesis. 2015. Vol. 56. Iss. 4. P. 412–417. https://doi.org/10.1002/em.21914.

15. Ferrier V., Gauthier L., Zoll-Moreux C., L’Haridon J. Genotoxicity Tests in Amphibians – A Review // Microscale Testing in Aquatic Toxicology. Florida: CRC Press, 1997. P. 507-519. https://doi.org/10.1201/9780203747193-35.

16. Мамедова Р.И., Чантаева А.С. Влияние хрома (VI) на окружающую среду и здоровье: технологии очистки сточных вод // Вестник науки. 2024. Т. 3. № 11. С. 1301–1309. EDN: TRNMGF.

17. Печищева Н.В., Ординарцев Д.П., Валеева А.А., Зайцева П.В., Коробицына А.Д., Сушникова А.А. и др. Адсорбция Cr(VI) наноразмерным рутилом под действием ультрафиолетового излучения // Журнал физической химии. 2023. Т. 97. № 2. С. 279–284. https://doi.org/10.31857/S0044453723020206. EDN: EJXZIO.

18. Teutli-Sequeira A., Solache-Rios M., Martinez-Miranda V., Linares-Hernandez I. Comparison of Aluminum Modified Natural Materials in the Removal of Fluoride Ions // Journal of Colloid and Interface Science. 2014. Vol. 418. P. 254–260. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2013.12.020.

19. Bo Liu, Junxiang Lu, Yu Xie, Bin Yang, Xiaoying Wang, Runcang Sun Microwave-Assisted Modification on Montmorillonite with Ester-Containing Gemini Surfactant and its Adsorption Behavior for Triclosan // Journal of Colloid and Interface Science. 2014. Vol. 418. P. 311–316. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2013.12.035.

20. Шубин И.Л., Бакаева Н.В., Калайдо А.В. Перспективы использования природных минеральных сорбентов в водоочистке и водоподготовке // Экология урбанизированных территорий. 2025. №1. С. 96-103. https://doi.org/10.24412/1816-1863-2025-1-96-103. EDN: IOBGRO.

21. Федорова С.А., Магдыч Е.А., Акимов А.М., Кравчук А.А. Очистка сточных вод от ионов никеля (II) термически модифицированными природными сорбентами // Энергетические установки и технологии. 2020. Т. 6. № 4. С. 124–130. EDN: GXCFHM.

22. Saleh T.A. Protocols for Synthesis of Nanomaterials, Polymers, and Green Materials as Adsorbents for Water Treatment Technologies // Environmental Technology & Innovation. 2021. Vol. 24. P. 1–18. https://doi.org/10.1016/j.eti.2021.101821.

23. Jain A., Kumari S., Agarwal S., Khan S. Water Purification via Novel Nano-Adsorbents and Their Regeneration Strategies // Process Safety and Environmental Protection. 2021. Vol. 152. P. 441–454. https://doi.org/10.1016/j.psep.2021.06.031.

24. Da Liu, Wenyi Gu, Liang Zhou, Lingzhi Wang, Jinlong Zhang, Yongdi Liu et all. Recent Advances in MOFDerived Carbon-Based Nanomaterials for Environmental Applications in Adsorption and Catalytic Degradation // Chemical Engineering Journal. 2022. Vol. 427. P. 1–19. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131503.

25. Choudhary V., Vellingiri K., Philip L. Potential Nanomaterials-Based Detection and Treatment Methods for Aqueous Chloroform // Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management. 2021. Vol. 16. P. 1–20. https://doi.org/10.1016/j.enmm.2021.100487.

26. Дударев В.И., Коконова Ю.И., Дударев Д.И. Изучение пористой структуры углеродных сорбентов // Графен и родственные структуры: синтез, производство и применение. Электронный ресурс. Материалы V Междунар. науч.-практ. конф. (г. Тамбов, 12–13 октября 2023 г.). Тамбов, 2023. С. 408–411. EDN: LMFTPY.

27. Левшенков В.Н., Волочаева И.А. Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ состава вещества // Инновационные направления развития в образовании, экономике, технике и технологиях. Национальная с междунар. участием науч.-практ. конф., посвященная 25-летию Технологического института сервиса (филиала) ДГТУ в г. Ставрополе (г. Ставрополь, 04–05 июня 2024 г.). Ставрополь, 2024. С. 508-511. EDN: GFNWBL.

28. Куковерова В.С., Кондрашова А.В. Адсорбционные исследования природного сорбента // Инновационное развитие сельского хозяйства и актуальные подходы к подготовке кадров для АПК. Сб. статей V национальной науч.-практ. конф. (г. Саратов, 18 августа 2023 г.). Саратов, 2023. С. 107–111. EDN: YOGEAO.

29. Шершнева М.В. Современные сорбенты для очистки поверхностных и сточных вод от ионов тяжелых металлов // Естественные и технические науки. 2024. № 9. С. 54–56. EDN: UXKUOW.

30. Воронова М.И., Суров О.В., Лебедева Е.О., Рублева Н.В., Афинеевский А.В., Захаров А.Г. Минерализация карбоната кальция в композитах поликапролактона с нанокристаллической целлюлозой: структура, морфология и сорбционные свойства // Журнал неорганической химии. 2021. Т. 66. № 12. С. 1779-1791. https://doi.org/10.31857/S0044457X21120217. EDN: OOZPUO.

31. Морозова А.Г., Лонзингер Т.М., Скотников В.А., Судариков М.В., Лонзингер П.В., Морозов А.П. Влияние химической предыстории сорбента-минерализатора на процесс его карбонизации в водных средах // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия. 2023. Т. 15. № 2. С. 116–124. https://doi.org/10.14529/chem230211. EDN: RTIVHK.

32. Лонзингер Т.М., Морозова А.Г. Неорганические сорбенты для очистки воды на основе алюмосиликатов магния и кальция // Современные материалы и методы решения экологических проблем постиндустриальной агломерации. Сб. материалов I Всеросс. науч.-практ. конф. Челябинск: Южно-Уральский государственный университет, 2024. С. 70–75. EDN: JZJRDL.