Ученые разработали сорбент для очистки сточных вод от антибиотиков

Исследователи НИТУ МИСИС создали многоразовый и экологичный сорбент для очистки сточных вод от антибиотиков. Он обладает рядом преимуществ по сравнению с уже известными аналогами – небольшие затраты на производство, простая конструкция и легкость эксплуатации в очистительных сооружениях. Результаты исследования опубликованы в журнале Nanomaterials (https://www.mdpi.com/2079-4991/12/18/3157).

В результате постоянного роста объема производимых и используемых лекарственных средств накопление антибиотиков и продуктов их распада в сточных водах стало серьезной проблемой для человека и окружающей среды. Чаще всего антибиотики попадают в реки и грунтовые воды в качестве отходов фармацевтических предприятий, медицинских и аптечных учреждений, сельского хозяйства. Присутствие антибиотиков в воде приводит к росту устойчивости к ним бактерий и микроорганизмов, развитию аллергических реакций, и даже размножению опасных бактерий. 

В настоящее время существуют различные методы очистки сточных вод, однако, у каждого есть свои ограничения. Одним из самых простых и недорогих методов очистки, не требующих сложных производственных конструкций или проведения дополнительных химических реакций, является сорбция. 

Именно на нее и сделали упор сотрудники научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» и лаборатории цифрового материаловедения НИТУ МИСИС. Для предложенного метода нет необходимости создавать специальное дорогостоящее оборудование или искусственно вводить в систему дополнительные химические или биологически активные компоненты, способные нарушить экологический баланс. Достаточно просто пропустить загрязненную воду через фильтр или суспензию из наночастиц нитрида бора. 

Любовь Антипина, старший научный сотрудник лаборатории цифрового материаловедения НИТУ МИСИС:

«Согласно теоретическому моделированию, антибиотик стремится присоединиться к поверхности сорбента без образования химической связи, так называемый процесс адсорбции. При этом антибиотик не разлагается и, следовательно, не происходит образования каких-либо побочных продуктов».

Сорбент, созданный исследователями на основе гексагонального нитрида бора, способен эффективно очищать сточные воды от антибиотиков. В своем исследовании сотрудники НИТУ МИСИС выбрали три вида антибиотиков, являющиеся одними из самых распространенных загрязнителей.

Кристина Котякова, инженер НИЦ «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС:

«В качестве сорбента для очистки воды от антибиотиков были предложены полые наночастицы на основе гексагонального нитрида бора. Эффективность удаления бициллина, тетрациклина и ципрофлоксацина из водных растворов изучали в течение 28 дней с помощью УФ-спектрофотометрии. Согласно полученным результатам, наночастицы намного эффективнее удаляют молекулы исследуемых антибиотиков по сравнению с другими известными адсорбентами».

Основные преимущества фильтров на основе наночастиц нитрида бора – их экологичность и возможность многоразового использования. В процессе исследований авторами был разработан протокол очистки сорбентов от антибиотиков, что важно для их практического применения, поскольку позволяет использовать данный материал повторно. 

Предложенный учеными метод получения материала достаточно прост и легко воспроизводим. Наибольший вклад в себестоимость предложенного сорбента вносит непосредственно синтез наночастиц. Однако, в промышленных масштабах, после отработки данного процесса, их производство станет намного дешевле. 

В дальнейшем ученые планируют увеличить сорбционную емкость наночастиц путем нанесения полимера и осаждения ионов металла, а также расширить спектр исследуемых антибиотиков. 

Алевтина Черникова, ректор НИТУ МИСИС:

«Новое исследование молодых ученых Университета МИСИС – наглядный пример того, как открытия в материаловедении могут использоваться для решения самых актуальных задач. Резистентность к антибиотикам, безусловно, одна из серьезных угроз для человечества. Разработки, направленные на улучшение качества жизни людей, являются одним из приоритетов университета: ученые НИТУ МИСИС уже представили ряд прорывных исследований в этой области. Одно из них – новый тип сорбента, который поможет эффективно удалять антибиотики из сточных вод. Разработка реализуется в рамках гранта Российского научного фонда и является частью большого проекта по созданию методов для очистки воды. Ученые НИТУ МИСИС регулярно участвуют в конкурсах РНФ на проведение исследований по приоритетным научным направлениям. По итогам 2021 года более 20 научных проектов под руководством молодых исследователей Университета МИСИС получили финансирование фонда».

Работа выполнена в рамках проекта Российского научного фонда № 21-79-10411.

Университет науки и технологий МИСИС – ведущий вуз страны в области создания, внедрения и применения новых технологий и материалов. Опираясь на вековые традиции признанных в России и мире научных школ, современные образовательные технологии, университет ставит перед собой задачу внести максимальный вклад в развитие экономики за счет прорывных разработок и качественной подготовки специалистов. В научно-исследовательской деятельности Университет МИСИС концентрируется на таких приоритетных направлениях, как материаловедение, металлургия, горное дело, квантовые технологии, биоматериалы и биоинженерия, альтернативная энергетика, аддитивные и информационные технологии.

В вузе действует более 40 научно-исследовательских лабораторий и инжиниринговых центров мирового уровня, в которых работают ведущие российские и зарубежные ученые. Университет МИСИС сотрудничает более чем с 1600 крупнейшими компаниями России и мира, в его состав входит 8 институтов и 6 филиалов – четыре в России и два за рубежом. В вузе более 22 000 обучающихся, 25% студентов – граждане 86 стран.