Разработка агентов на основе минерального сырья Казахстана для опреснения соленой воды
Проект Министерства образования и науки Республики КазахстанПродолжительность проекта: 2021-2023 гг.
Актуальность проекта
Данный Проект направлен на получение агентов на основе минерального сырья для опреснения соленой воды. Чистая питьевая вода – одна из наиболее важных потребностей человека. По данным ООН, уже сейчас более 1,2 млрд людей живут в условиях постоянного дефицита пресной воды, около 2 млрд страдают от него регулярно. По прогнозам ФАО, к середине третьего десятилетия XXI в. численность живущих при перманентной нехватке воды превысит 4 млрд человек. По прогнозам министерства экологии РК в Казахстане случится дефицит воды в 2040 году. Поэтому разработка новых доступных методов получения пресной питьевой воды является очень актуальной задачей.
Цель проекта
- Разработка эффективных и доступных агентов на основе минерального сырья для опреснения соленой воды, а также исследование оптимальных условий получения и применения данных агентов.
Задачи проекта:
1) приготовление агентов для опреснения на основе минерального сырья (цеолит, глина) посредством обработки различными химическими реагентами (кислоты, основания, соли);
2) исследование эффективности адсорбции ионов Na+, K+, Cl- (основные компоненты соленой воды) полученными агентами для опреснения в статическом режиме.
3) капсулирование полученных агентов в полимерные матрицы для возможности их использования в динамическом режиме (в потоке воды);
4) исследование эффективности адсорбции ионов Na+, K+, Cl- (основные компоненты соленой воды) полученными капсулами для опреснения в динамическом режиме;
5) исследование возможности регенерации полученных агентов и капсул на основе минерального сырья;
6) исследование возможности утилизации отработанных агентов в качестве источника микроэлементов для растений.
Основные члены проекта:
Сейлханова Г.А. – руководитель
https://scholar.google.ru/citations?hl=ru&pli=1&user=mEPpha0AAAAJ https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56652160000
Рахым А.Б. – ответственный исполнитель
https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57208575069
Усипбекова Е.Ж. – исполнитель
https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56010544200
Кенесова А. – исполнитель
Курманбаева Т. – исполнитель
Баранчиева З. – исполнитель
Шиянова Р. – исполнитель
Жаксыбай Б. – исполнитель
Используемые методы:
- физико-химические методы исследования для изучения структуры и морфологии объектов: ИК-спектроскопия, электронная микроскопия, рентгенофазовый анализ (элементный, фазовый, структурный), измерение размера пор, измерение удельной поверхности;
- физико-химические методы анализа для контроля концентрации ионов Na+, K+, Cl- и эффективности опреснения: атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС), ICP-спектрометрия (индуктивно-связанной плазмы), потенциометрия, кондуктометрия;
- модификацию природных цеолитов и глин проводят путем их обработки NaCl для достижения гомоионного состояния и улучшения ионообменных свойств минералов, а также путем обработки HCl для выщелачивания обменных катионов металлов (Ca2+, Mg2+, K+, Na+ и др.) и увеличения площади удельной поверхности.
- капсулирование проводят методом, описанным авторами Yuan и Viraraghavan: полимерная смесь будет готовиться методом конденсационной сополимеризации в одном сосуде (one-pot condensation copolymerization). Далее в смесь добавляется некоторое количество агентов для опреснения, смесь тщательно перемешивается и готовятся капсулы. Полученную смесь капают в раствор, в котором используемая полимерная смесь затвердевает, тем самым образуя капсулы.
Ожидаемые результаты:
2021 год
- Будут получены агенты на основе минерального сырья Казахстана для опреснения воды, а также разработана оптимальная методика их приготовления.
- Будут установлены физико-химические закономерности, оптимальные условия адсорбции ионов Na+, K+, Cl- полученными агентами.
2022 год
- Будут получены капсулы на основе полученных агентов и полимерной матрицы, а также разработана оптимальная методика их приготовления.
- Будут установлены оптимальные условия адсорбции ионов Na+, K+, Cl- капсулированными агентами для опреснения соленой воды в статическом и динамическом режимах.
2023 год
- Будет исследована возможность регенерации полученных агентов на основе минерального сырья и капсул на их основе: количество циклов адсорбция-десорбция ионов Na+, K+, Cl-.
- Будет исследована возможность утилизации отработанных агентов в качестве источника микроэлементов для растений. В результате их использования ожидается повышение эффективности роста культур растений.
Достигнутые результаты:
2021 год
- Получены агенты на основе минерального сырья Казахстана для опреснения воды, а также разработана оптимальная методика их приготовления.
- Установлены физико-химические закономерности, оптимальные условия адсорбции ионов Na+, K+, Cl- полученными агентами.
2022 год
- Получены капсулы на основе полученных агентов и полимерной матрицы, а также разработана оптимальная методика их приготовления.
ПУБЛИКАЦИИ ПО ПРОЕКТУ
Статьи в журналах Комитета по обеспечению качества в сфере образования и науки Министерства образования науки Республики Казахстан:
1. Сейлханова Г.А., Рахым А.Б., Кан А.В., Кенесова А.К., Ицхак Мастай Применение сорбентов на основе природного цеолита и шамотной глины для извлечения ионов натрия и калия из соленой воды: предварительное исследование //Вестник КазНУ, Серия химическая, T.105, №2, 2022. – С. 44-53.
Статьи в международных журналах:
1. Rakhym A.B., Seilkhanova G.A., Mastai Y. Physicochemical evaluation of the effect of natural zeolite modification with didodecyldimethylammonium bromide on the adsorption of Bisphenol-A and Propranolol Hydrochloride // Microporous and Mesoporous Materials. - 2021. - Vol. 318. - P. 111020 https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2021.111020
2. Baranchieva Z., Seilkhanova G., Rakhym A. Analysis of the physicochemical and sorption characteristics of composites based on zeolite and chamotte clay // MATEC Web of Conferences 340, 01027, 2021. https://doi.org/10.1051/matecconf/202134001027
Тезисы материалы конференций:
1. Шиянова Р.А., Рахым А.Б., Сейлханова Г.А. Композиционный материал на основе шамотной глины для опреснения соленой воды // Материалы 7-ой Международной Российско-Казахстанской научно-практической конференции «Химические технологии функциональных материалов», 28-29 апреля 2021 года.– Новосибирск 2021. – С. 299-301.
2. Баранчиева З.Е., Сейлханова Г.А., Рахым А.Б. Сорбционные характеристики материалов на основе цеолита и шамотной глины // Материалы 7-ой Международной Российско-Казахстанской научно-практической конференции «Химические технологии функциональных материалов», 28-29 апреля 2021 года.– Новосибирск 2021. – С. 87-88.
3. Рахым А.Б., Сейлханова Г.А. Оценка влияния обработки хлоридом натрия и соляной кислотой на физико-химические характеристики шамотной глины // Материалы 7-ой Международной Российско-Казахстанской научно-практической конференции «Химические технологии функциональных материалов», 28-29 апреля 2021 года.– Новосибирск 2021. – С. 111-113.
4. Шиянова Р.А., Рахым А.Б. Разработка композиционных материалов на основе минерального сырья для опреснения соленой воды // Материалы международной 1. научной конференции студентов и молодых ученых «ФАРАБИ ƏЛЕМІ», Алматы, Казахстан, 6-8 апреля 2021 года. – 2021. – С. 78.
5.
Кан. А.В., Рахым А.Б. Разработка агентов на основе природного цеолита и шамотной глины для опреснения соленой воды // Материалы международной научной конференции студентов и молодых ученых «ФАРАБИ ƏЛЕМІ», Алматы, Казахстан, 6-8 апреля 2021 года. – 2021. – С. 90.
6. Даужанова Д.Н., Рахым А.Б., Сейлханова Г.А. Исследование сорбционной активности природного цеолита месторождения Шанканай для извлечения бисфенола-А из водных растворов// Материалы Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Фараби Әлемі», Алматы, Казахстан, 6-8 апреля 2022. – С. 87.
7. Жақсыбай Б.Б., Кенесова А.К., Рахым А.Б., Сейлханова Г.А. Тұзды суды тұщыландыруға арналған табиғи цеолит негізіндегі сорбентпен Na+, K+, Cl- иондарын адсорбциялау// Материалы Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Фараби Әлемі», Алматы, Казахстан, 6-8 апреля 2022. – С. 60.
8. Ерсайын Р.С., Баранчиева З.Е., Рахым А.Б. Сейлханова Г.А. Разработка сорбента на основе глины Кызылсок для опреснения соленой воды// Материалы Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Фараби Әлемі», Алматы, Казахстан, 6-8 апреля 2022. – С. 88.
9. Османжан Г., Рахым А.Б., Сейлханова Г.А. Исследование сорбционных свойств шамотной глины по отношению к метаболиту анальгина // Материалы 7-ой международной Российско-Казахстанской научно-практической конференции «Химические технологии функциональных материалов», 28-29 апреля 2022 Новосибирск – С. 25-28.
10. Курманбаева Т.С., Сейлханова Г.А. Сорбент на основе шамотной глины типа «ядро-оболочка» для очистки сточных вод от ионов металлов // Материалы XXIII Международной конференции «Химия и химическая технология в XXI веке», 16–19 мая 2022, г. Томск, том 2. – С. 165–166.
Потенциальные пользователи проекта:
Модифицированные цеолит и шамотная глина могут быть применены для очистки водных объектов от различных загрязнителей. Сорбенты на основе природного цеолита и шамотной глины успешно использованы для опреснения соленой воды.
Применение полученных агентов совместно с физическими методами, как дистилляция и обратный осмос могут значительно снизить себестоимость получаемой воды, энергозатраты, а также увеличить сроки эксплуатации установок дистилляции и обратного осмоса. Таким образом, целевым потребителем продукта Проекта могут быть регионы и предприятия, использующие физические методы опреснения соленой воды и нуждающиеся в снижении ее себестоимости.