«Дешёвые и экологически чистые катализаторы»: российские учёные создали умные полимеры для очистки воды

Российские учёные совместно с чешскими коллегами создали гибридные полимерные мембраны, способные разлагать органические загрязнители воды под воздействием света. Авторы работы применили особую технологию формирования мембраны, волокна которой содержат молекулы активного компонента — гидратированной соли нитрата кальция. В присутствии обычного видимого света мембрана разложила почти половину растворённой в воде органики, а воздействие ультрафиолетового излучения довело этот показатель почти до 90%. По словам химиков, изобретение позволит создать недорогие и эффективные средства для очистки промышленных стоков.

• Gettyimages.ru
• © DavidOrr

Учёные из Дагестанского государственного университета и Института физики Дагестанского федерального исследовательского центра РАН совместно с чешскими коллегами разработали полимерные мембраны, которые активируются светом или механическими воздействиями и очищают воду от химических загрязнителей. Технология, созданная при поддержке Российского научного фонда, позволит создать дешёвые и экологически чистые катализаторы для очистки сточных вод. Об этом RT сообщили в пресс-службе РНФ. Результаты опубликованы в журнале Polymers.

Как отмечают авторы работы, существенную долю отходов промышленных предприятий составляют органические вещества, например красители, антибиотики и пестициды, опасные для окружающей среды. Очистить воду от таких примесей можно с помощью фотокатализаторов — соединений, которые ускоряют разложение органики под воздействием света. Однако метод имеет серьёзное ограничение: попав в воду, частицы фотокатализатора сами становятся загрязнителем.

Решением проблемы может стать использование фотокатализаторов не в форме растворимых в воде соединений, а в виде полимерных мембран на основе поливинилиденфторида (ПВДФ). Сам ПВДФ выступает в роли инертного и нетоксичного наполнителя, который дополняют активными наночастицами, — в итоге получают гибридные материалы, обладающие фотокаталитическими свойствами.

Авторы исследования не стали добавлять к ПВДФ наночастицы, а соединили его в растворе с гидратированной солью нитрата кальция. Затем из этого раствора учёные методом электропрядения создали полимерную мембрану: смесь распылялась под электрическим напряжением из сверхтонкого дозатора так, чтобы, застывая, струи сформировали сеть из полимерных волокон, наполненных молекулами гидратированной соли. Как показал химический анализ, между молекулами соли и ПВДФ образовалось множество водородных связей. По словам учёных, это повысило фотокаталитическую активность полученного материала.

• Метиленовый синий
• Gettyimages.ru
• © Kittisak Kaewchalun

Химики испытали полимерный катализатор на растворе органического красителя — метиленового синего, который широко применяется в качестве медицинского антисептика. Опыты показали, что новый фотокатализатор успешно разлагает органику как в присутствии обычного видимого света, так и под воздействием ультрафиолетового излучения.

При видимом свете за час разложилось 44% красителя, а под воздействием ультрафиолета — 89%. При этом, когда исследователи добавили к световому и УФ-облучению давление, созданное ультразвуком, реакция разложения красителя ускорилась более чем в два раза. 

«Наша работа открывает перспективы для разработки недорогих и экологически чистых умных гибридных полимерных катализаторов, которые можно использовать для очистки сточных вод. Одним из преимуществ нашего материала является то, что он даёт возможность управлять активностью катализатора и скоростью реакции: предложенный нами полимер может быть активирован с помощью внешнего механического воздействия, например давления раствора или ультразвука», — пояснил RT руководитель проекта, кандидат химических наук, заведующий лабораторией Smart Materials Дагестанского государственного университета Фарид Оруджев.

Источник