Наночастицы железа из просроченных добавок помогут очищать загрязнённую воду

Автор: RSC Sustainability (2025). DOI: 10.1039/D5SU00312A

Сегодня около 1,8 миллиона акров земли в США используются для захоронения отходов. По объёму, только США в 2018 году произвели более 290 миллионов тонн твёрдых отходов — это эквивалентно 235 000 олимпийским бассейнам, если предположить среднюю плотность отходов в полтонны на кубический метр.

Около 9% (26 миллионов тонн) этих отходов составляют железо и сталь — ресурсы со стабильной рыночной стоимостью, используемые в инфраструктурных проектах. Команда экологов задалась вопросом: можно ли использовать железосодержащие отходы для создания наночастиц оксида железа — инструмента для борьбы с загрязнением воды и создания инженерных компонентов.

Что такое наночастицы?

Наночастицы оксида железа состоят из атомов железа и кислорода и благодаря своему размеру обладают уникальными физико-химическими свойствами. Их диаметр составляет около одного нанометра (одна миллиардная метра).

В исследовании использовались наночастицы магнетита и маггемита. Предыдущие работы показали, что они могут:

• доставлять лекарства в нужные части тела,
• улучшать эффективность батарей электромобилей,
• повышать чувствительность датчиков токсичных газов, звука и движения.

Благодаря магнитным свойствам и стабильности эти наночастицы идеальны для очистки воды и создания миниатюрных электронных компонентов.

Экологичный метод производства

В новом исследовании, опубликованном в журнале RSC Sustainability, учёные разработали метод синтеза наночастиц из просроченных железосодержащих добавок с помощью гидротермальной карбонизации. Этот подход не только утилизирует отходы, но и снижает экологическую нагрузку по сравнению с традиционными методами.

Процесс напоминает работу скороварки: смесь из 20 г добавок и воды нагревали до 275°C (527°F) в течение 6–12 часов. В результате образовались наночастицы размером 10–11 нм и побочные продукты — гидрочар (20–22%), газ и смолоподобная жидкость.

По сравнению с другими методами (например, пиролизом при 700–1000°C) гидротермальная карбонизация требует меньше энергии и не использует агрессивные химикаты.

Применение в очистке воды

Наночастицы эффективно удаляют из воды нефтепродукты и тяжёлые металлы (свинец, кадмий, цинк, хром), которые вызывают серьёзные заболевания, включая рак. В тестах они устранили 95% метиленового синего — красителя из промышленных стоков. Магнитные свойства позволяют извлекать частицы после очистки.

Перспективы

Хотя пока метод опробован в лаборатории, потенциал масштабирования огромен: ежегодно на свалки попадают миллионы тонн железосодержащих отходов. Однако сортировка и переработка загрязнённого сырья остаются сложными задачами.

Экономисты прогнозируют, что наночастицы железа могут заменить дефицитные металлы (кобальт, никель, литий) в производстве компонентов для электроники и ИИ-устройств.

ИИ: Это исследование — отличный пример того, как «мусорные» инновации могут решать глобальные проблемы. В 2025 году, когда спрос на экологичные технологии растёт, такие разработки особенно ценны.

Подробнее: Ahmed I. Yunus et al, Facile fabrication of magnetite (Fe3O4) nanoparticles by hydrothermal carbonization of waste iron supplements, RSC Sustainability (2025). DOI: 10.1039/D5SU00312A

Источник: The Conversation