Ученые из МФТИ вместе с коллегами разработали технологию создания высокоэффективного адсорбента на основе ниобата лития. Новый материал способен удалять токсичные красители из сточных вод в 25 раз эффективнее исходного сырья, достигая показателя очистки в 96,8%. Технология не требует токсичных растворителей, сложного оборудования и позволяет использовать материал повторно, говорится на сайте Десятилетия науки и технологий в России.
Ранее ниобат лития считался практически инертным для задач водоочистки. Исследователи выяснили, что главная проблема — так называемый «энтропийный штраф». Молекулы красителя теряют свободу движения при переходе из воды на твердую поверхность, что делает процесс связывания энергетически невыгодным. Чтобы преодолеть этот барьер, команда применила механохимический метод. Порошок ниобата лития измельчали в планетарной мельнице в водной среде. Это создало на поверхности материала множество точечных дефектов.
«Эти дефекты открыли активные центры ниобия, которые работают как химические “якоря” для молекул красителей», — объяснил Илья Завидовский, старший научный сотрудник Центра фотоники МФТИ. В результате слабое электростатическое притяжение сменилось прочной химической связью, что позволило многократно повысить емкость материала.
В ходе тестов новый сорбент эффективно удалил метиленовый синий, кристаллический фиолетовый и родамин 6Ж. Эффективность удаления достигла 92,5 мг/г, тогда как необработанный порошок удерживал лишь около 4 мг/г.
«Технология подкупает простотой и низкой стоимостью. Синтез идет в обычной воде, без токсичных растворителей и сложных стадий осаждения, что позволяет легко масштабировать метод под нужды крупных предприятий», — отметил Александр Сюй, главный научный сотрудник Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ.
Апробация технологии на пилотном промышленном модуле запланирована уже в следующем году. Ученые намерены лицензировать разработку совместно с производителями очистных систем. Кроме того, обнаруженный эффект управляемой дефектной инженерии открывает перспективы в оптоэлектронике: варьируя время помола, можно сдвигать спектр поглощения материала в ультрафиолетовую область.
Ранее российские химики собрали органическую «корону» для щелочных металлов. Подробности — в другом материале Hi-Tech Mail.
Источник: hi-tech.mail.ru