Учёные извлекли из отходов ТЭЦ магнитные микросферы для биомедицины

Красноярские учёные предложили способ извлечения мелкодисперсных магнитных частиц — ферросфер — из отходов тепловых электростанций. Эти частицы рассматриваются как перспективный материал для адресной доставки лекарств и магнитной гипертермии в терапии рака. Новый метод не только делает отходы полезными, но и снижает нагрузку на окружающую среду. Результаты исследования опубликованы в журнале Magnetochemistry.

После сжигания угля на тепловых электростанциях образуется много зольных и шлаковых отходов. От 60 до почти 90% этих отходов приходится на летучую золу. В России ежегодно образуется 18‒26 млн т летучей золы, а переработать удаётся только 10–20%. Мировые цифры ещё внушительнее: ежегодное мировое производство летучей золы составляет до 1 млрд т. Накопление отходов сжигания угля приводит к загрязнению окружающей среды и негативно влияет на здоровье человека.

Решить проблему поможет переработка, например, производство материалов на основе микросферических компонентов угольной золы. Помимо полых алюмосиликатных частиц ценосфер, угольная зола содержит такой компонент, как ферросферы ‒ 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. Однако извлечь эту мельчайшую фракцию из золы непросто.

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

Разработанный метод не только позволил выделить ферросферы, но и более чем в 10 раз усилил их магнитные свойства по сравнению с исходной золой благодаря удалению «балластной» немагнитной 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 учётом того, что при контакте с водой высококальцевые компоненты золы схватываются как цемент и могут вывести оборудование из строя», — комментирует результаты исследования к. х. н. Елена Фоменко, заведующий лабораторией каталитических превращений малых молекул Института химии и химической технологии СО РАН.

Отметим, что доклад инженера ИХХТ СО РАН Екатерины Смородиной, представившей результаты этих исследований на XIII Всемирной конференции по полимерам и композиционным материалам в Китае, был признан лучшим среди стендовых докладов.

«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 данное направление. Сейчас мы научились выделять мелкодисперсные ферросферы из зольных отходов тепловых электростанций. Дальнейшие исследования будут сосредоточены на возможностях использования оставшихся после разделения узких немагнитных фракций, а также крупнозернистых фракций. Предполагается, что они найдут применение в качестве наполнителей для цемента и бетона или в качестве экологически устойчивых керамических и геополимерных материалов», — рассказала инженер ИХХТ СО РАН Екатерина Смородина.

Исследование поддержано Российским научным фондом и Красноярским краевым фондом науки (проект № 26-19-20061).