С улучшенной микроструктурой. Синтезирован высокопрочный пористый керамический материал

Исследователи из Красноярска разработали инновационные пористые керамические материалы с высокой прочностью, используя в качестве основы дисперсные микросферы летучей золы и перлита. Эти материалы представляют интерес для применения в качестве фильтров на микроуровне: они эффективно очищают водные растворы от твердых примесей и могут быть использованы многократно. Данные о разработке опубликованы в Журнале Сибирского федерального университета. Химия.

Энергетические станции производят значительное количество шлаков, которые являются основными источниками загрязнения окружающей среды мелкими частицами PM2.5 и PM10. Эти аэрозольные зольные частицы постоянно присутствуют в воздухе, негативно влияя на качество жизни людей и их здоровье. Основная задача по снижению вредного воздействия ТЭС заключается в повышении эффективности захвата твердых зольных частиц и их переработке. Одним из путей является использование отходов энергетики для создания материалов, включая керамические композиты.

Команда ученых Красноярского научного центра СО РАН создала новые пористые керамические материалы с высокой прочностью на основе дисперсных микрочастиц летучей золы и перлита вулканического происхождения. Эти вещества могут быть использованы для изготовления фильтров, способных задерживать мелкие частицы.

В процессе производства керамики специалисты использовали отходы угольного сжигания – дисперсные микрочастицы летучей золы и измельченный перлит. После их сплавления при температуре в 1000 градусов Цельсия были получены пористые керамические составы. Микрочастицы золы, распределенные между частицами перлита, создают каркас и обеспечивают пористость материала. Перлит, оплавленный в процессе термообработки, придает конструкции прочность. Новые керамические вещества с улучшенной микроструктурой показали высокую прочность, превосходя аналогичные известные материалы.

Основными критериями при получении керамических мембран являются их пористость, прочность, проницаемость, химическая стойкость и экономические показатели. Выбор исходного сырья обусловлен возможностью использовать крупнотоннажные дисперсные отходы и доступностью природных ресурсов для получения композиционных материалов. Также использование техногенных отходов позволяет существенно снизить стоимость фильтрационных и мембранно-­разделительных материалов на их основе.

• Елена Фоменко, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН

Для оценки возможности использования нового материала в фильтрах исследователи проверили его способность очищать воду от взвесей. Использовалась суспензия с микрочастицами летучей золы среднего размера 2,5 микрометра. В ходе фильтрации твердые частицы эффективно отделялись, и вода становилась чистой, достигая практически полной очистки. Отложение частиц происходит на поверхности мембраны без проникновения внутрь, что позволяет использовать фильтры повторно, сокращая расходы и снижая воздействие на окружающую среду.

На основе фракций дисперсных микросфер летучих зол алюмокремнистого типа и природного перлита получены новые керамические материалы с улучшенной пористой микроструктурой, высокой механической прочностью, термической и химической устойчивостью, перспективные для применения в качестве микрофильтрационных мембран. Результаты нашего исследования могут быть использованы при создании ресурсосберегающих технологий комплексной переработки крупнотоннажных отходов тепловой энергетики, очистки жидких и газовых сред в различных отраслях промышленности.

• Вячеслав Павлов, главный научный сотрудник Института космических технологий КНЦ СО РАН

Работа выполнена в рамках государственного задания ИХХТ СО РАН (проект № FWES–2021–0013), ИКТ КНЦ СО РАН (проект № FWES-2021-0029), ФИЦ КНЦ СО РАН (проект № FWES-2024-0032).

Изображение на обложке: Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской Академии наук» (ФИЦ КНЦ СО РАН)