Ученые синтезировали нанокомпозит для очистки сточных вод

11:36, 23 января 2024

Вещество растворяет до 96,4 % промышленного красителя

Созданный нанокомпозит можно использовать повторно несколько раз. Фото: пресс-служба УрФУ.

Ученые УрФУ с коллегами из Индии и Саудовской Аравии разработали нанокомпозит, который обладает высокой адсорбционной способностью. Новый материал нейтрализует промышленные красители, которые попадают в сточные воды из-за деятельности текстильных предприятий. Новый сорбент лучше аналогов, так как его эффективность составляет 96,4 % против быстрого зеленого (БЗ) и до 92,7 % против бромфенолового синего (БС). У большинства существующих сорбентов эффективность не превышает 90 %, утверждают ученые. Особенно востребованным нанокомпозит может быть в регионах, где существует дефицит пресной воды — в странах Ближнего Востока, некоторых районах Индии, Бангладеш и Пакистана. Подробную информацию о новом нанокомпозите и методах синтеза ученые опубликовали в журнале Sustainability.

«Органические красители БЗ и БС чрезвычайно канцерогенны. Значительная их часть концентрируется в сточных водах, куда они попадают в результате деятельности промышленных текстильных предприятий. Именно это простимулировало нас создать новый наноматериал, который способен очистить промышленные сточные воды от вредных красителей. Наша разработка имеет высокую фотокаталитическую активность, в результате чего адсорбционная эффективность составила 96,4 % и 92,7 % против БЗ и БС соответственно. Важно также отметить, что наш нанокомпозит можно использовать несколько раз — по итогам эксперимента эффективность полимеров оставалась выше 90 % даже после пяти циклов использования», — поясняет старший научный сотрудник отдела магнетизма твердых тел УрФУ Ражеш Кумар Манавалан.

Особенность разработки — фотокаталитические свойства. Это значит, что под воздействием света материал запускает химические реакции, которые разлагают загрязнители. Вредные вещества накапливаются в порах нанокомпозита, а затем окисляются. В результате красители раскладываются на более простые и менее опасные вещества — углекислый газ и перекись водорода.

«Комбинация материалов, которые использовались в нашей работе, оказались весьма эффективными для создания максимальной фотокаталитической активности. Дело в том, что такое сочетание позволило использовать синергию между различными компонентами и усилить гетеропереходы на границах раздела материалов. Это значит, что кристаллическая решетка одного материала плавно, без нарушения периодичности, переходит на кристаллическую решетку другого», — комментирует Ражеш Кумар Манавалан.

В составе нанокомпозита содержатся нитрат церия, ацетат меди и гидроксид натрия. Для создания внешней оболочки, которая позволила сделать вещество многоразовым, ученые использовали поливинилпирролидон — специальный полимер. Соединить эти вещества вместе исследователям удалось методом химического осаждения — простой технологией синтеза химических соединений в специальном растворе.

«После использования нашего нанокомпозита происходит процесс его очистки, который включает в себя промывку водой, обработку этанолом и сушку на воздухе. Аналогичные фотокатализаторы, например порошковые, использовать повторно достаточно сложно», — добавляет Ражеш Кумар Манавалан.

В будущем ученые проведут дополнительные исследования нанокомпозита, чтобы изучить его адсорбционную способность по отношению к другим красителям.

Справка

По данным World resources institute, каждый год текстильная промышленность использует почти 5 трлн литров пресной воды для окрашивания одежды. Этого достаточно, чтобы заполнить 2 млн плавательных бассейнов олимпийского размера.

Всемирная организация здравоохранения утверждает, что в 2022 году чуть больше половины всех сточных вод в мире подвергалось очищению. Однако этот показатель варьируется между странами. По данным Statista, в 2022 Австралия и Новая Зеландия в совокупности очистили 92,2 % всех сточных вод, которые они произвели. На втором месте государства Северной Америки и Европы — в этих регионах 86,4 % сточных вод в той или иной мере подверглись очищению. Затем идут страны, расположенные на территории Западной Азии и Северной Африки — им удалось убрать 63 % вредных веществ в произведенных ими сточных водах. Хуже всего обстоят дела в африканских странах южнее Сахары и государствах Океании — они смогли очистить лишь 20 % и 14,8 % сточных вод соответственно.

Сергей Лукьянченко