Ученые Томского государственного университета и Института физики прочности и материаловедения СО РАН предложили эффективное решение одной из острых экологических проблем — загрязнения водоемов антибиотиками и синтетическими красителями. Они разработали новые наночастицы на основе титаната цинка, которые под действием обычного видимого света (включая солнечный) разлагают опасные органические соединения, говорится на сайте учебного учреждения.
Антибиотики, такие как тетрациклин, и красители, например метиленовый синий, практически не разлагаются в природе. Попадая в сточные воды, они вызывают устойчивость бактерий к лекарствам и наносят вред экосистеме. Традиционные методы очистки с ними не справляются.
Существующие фотокатализаторы, такие как диоксид титана, имеют два критических недостатка. Во-первых, они активируются только жестким ультрафиолетовым излучением, что ограничивает их применение. Во-вторых, их эффективность низка из-за быстрой рекомбинации зарядов: положительные и отрицательные частицы внутри материала гасят друг друга, вместо того чтобы вступать в реакцию и разрушать загрязнители.
Чтобы решить эти проблемы, ученые создали гетеропереход — комбинацию оксида металла и титаната цинка. Это позволяет разделять заряды, направляя их по разным «дорогам», что предотвращает их нейтрализацию и резко повышает эффективность реакции. Кроме того, такая структура смещает чувствительность катализатора в видимую область спектра.
Наночастицы были получены инновационным методом электроразрыва скрученных цинковой и титановой проволок. В отличие от химического синтеза, этот способ экологичен, одностадийен и позволяет получать продукт высокой чистоты с узким распределением по размерам (60−63 нанометра).
Эксперименты подтвердили высочайшую эффективность разработки. Наночастицы разложили 69,4% антибиотика тетрациклина за час и 82% за два часа. В тестах с красителем метиленовым синим под воздействием видимого света за 60 минут было уничтожено 92,5% вещества. Для сравнения: эффективность стандартных оксидов цинка и титана в тех же условиях составила всего 15% и 8,5%.
Константа скорости реакции у нового катализатора оказалась на порядок выше, что означает более быстрое разрушение загрязнителей с самого начала процесса. При этом наночастицы сохранили высокую активность после четырех циклов использования (потеря эффективности составила всего 5%), что говорит о возможности их многократного применения.
«Наши дальнейшие исследования запланированы в сторону поиска носителя для нанесения наночастиц, для создания очистных фильтрационных мембран. Это решение позволит использовать наночастицы многократно с большей эффективностью, а также масштабировать данную технологию», — заключает младший научный сотрудник лаборатории нанотехнологий металлургии физико-технического факультета ТГУ Валерия Чжоу.
Ранее в России создали дешевый и эффективный сорбент для химии. Подробности — в другом материале Hi-Tech Mail.
Источник: hi-tech.mail.ru