Магнитные микросферы для биомедицины извлекли из отходов ТЭЦ

После сжигания угля на тепловых электростанциях образуется много зольных и шлаковых отходов. От 60 до почти 90% от этих отходов приходится на летучую золу. В России ежегодно образуется от 18 до 26 миллионов тонн летучей золы. А переработать удается только 10–20% от этого объема. Мировые цифры еще больше. Ежегодное мировое производство летучей золы насчитывает до одного миллиарда тонн. Накопление отходов сжигания угля приводит к загрязнению окружающей среды и негативно влияет на здоровье человека.

Решить эту проблему поможет переработка, например, производство материалов на основе микросферических компонентов угольной золы. Помимо ценосфер, так называют полые алюмосиликатные частицы, угольная зола содержит такой компонент, как ферросферы. Это железосодержащие магнитные микрочастицы, которые образуются при сжигании угля на тепловых электростанциях. Ферросферы можно использовать для адресной доставки лекарств, биосенсоров или магнитной гипертермии — когда раковые клетки нагревают магнитным полем и уничтожают. Но проблема в том, что извлечь эту мельчайшую фракцию из золы непросто.

Ученые Красноярского научного центра СО РАН разработали оптимизированный метод извлечения стабилизированных по составу магнитных ферросфер из высококальциевой угольной золы. На первом этапе сырье разделяется на несколько узких фракций в диапазоне от 3 до 25 микрометров. Это также позволяет устранить субмикронные частицы золы, которые иначе мешали бы магнитному извлечению ферросфер. На втором этапе с помощью сухой магнитной сепарации ученые выделяют из общей массы ферросферы. В результате получаются магнитные и немагнитные мелкодисперсные фракции частиц определенного размера.

Разработанный метод не только позволил выделить ферросферы, но и повысил их магнитные свойства более чем в 10 раз по сравнению с исходной золой. Это произошло из-за удаления немагнитной «балластной» фракции.

«Технология получилась более практичной и экологичной по сравнению с традиционными методами сепарации. Она не требует использования жидкостей. Это помогает избежать дополнительных стадий фильтрации и сушки, которые могут быть энергозатратными и требовать дополнительного оборудования. С учетом того, что при контакте с водой высококальцевые компоненты золы схватываются как цемент и могут вывести оборудование из строя», — комментирует результаты исследования Елена Фоменко, кандидат химических наук, заведующая лабораторией Института химии и химической технологии СО РАН.

Постерный доклад инженера Института химии и химической технологии СО РАН Екатерины Смородиной, представившей результаты этих исследований на 13-й Международной конференции по полимерам и композиционным материалам в Китае, был признан лучшим.

«Переработка угольной золы в инновационные материалы поможет снизить нагрузку на окружающую среду от угольной энергетики. Поэтому важно разрабатывать технологии комплексной переработки золы-уноса с извлечением ценных компонентов для их дальнейшего использования. Это важная экологическая и экономическая задача. Мы будем развивать это направление. Сейчас мы научились выделять мелкодисперсные ферросферы из зольных отходов тепловых электростанций. Дальнейшие исследования будут сосредоточены на возможностях использовать оставшиеся после разделения немагнитные узкие фракции, а также крупнозернистые фракции. Предполагается, что они смогут применяться в качестве наполнителей для цемента, бетона или в качестве экологически устойчивых керамических и геополимерных материалов», — рассказала Екатерина Смородина, инженер Института химии и химической технологии СО РАН.

Исследование поддержано Российским научным фондом и Красноярским краевым фондом науки. Результаты исследования опубликованы в журнале Magnetochemistry.