Новейшая научная исследовательская работа, проведенная коллективом ученых Уральского Федерального Университета (УрФУ) в сотрудничестве с коллегами из Индии и Саудовской Аравии, привела к разработке высокоэффективного нанокомпозитного материала, обладающего значительной адсорбционной способностью.
Обсуждаемый материал проявляет свои нейтрализующие свойства в отношении промышленных красителей, проникающих в сточные воды из текстильных производств. По результатам исследований, проведенных учеными, эффективность нового сорбента достигает 96,4% для быстрого зеленого (БЗ) и до 92,7% для бромфенолового синего (БС). Это существенное улучшение по сравнению с большинством существующих сорбентов, эффективность которых не превышает 90%. Имеется перспектива применения данного нанокомпозита в регионах с ограниченными запасами пресной воды, таких как страны Ближнего Востока, Индии, Бангладеш и Пакистан. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Sustainability.
Доктор наук, старший научный сотрудник отдела магнетизма твердых тел УрФУ Ражеш Кумар Манавалан прокомментировал разработку: "Органические красители, такие как быстрый зеленый и бромфеноловый синий, известны своей канцерогенной природой. Существенная их часть сосредотачивается в сточных водах, поступающих из промышленных текстильных предприятий. Именно эта проблема послужила мотивацией для создания нового наноматериала, способного эффективно очищать промышленные сточные воды от вредных красителей. Разработанный нами материал обладает высокой фотокаталитической активностью, обеспечивающей адсорбционную эффективность на уровне 96,4% и 92,7% против БЗ и БС соответственно. Следует подчеркнуть, что наш нанокомпозит может быть многократно использован - по результатам экспериментов эффективность полимеров остается выше 90% даже после пяти циклов использования".
Основным аспектом разработки являются фотокаталитические свойства материала. Это предполагает, что под воздействием света нанокомпозит инициирует химические реакции, разлагающие загрязнители. Вредные вещества накапливаются в порах материала и подвергаются процессу окисления. В результате красители распадаются на менее опасные соединения - углекислый газ и перекись водорода.
Ражеш Кумар Манавалан добавил: "Комбинация используемых в работе материалов оказалась чрезвычайно эффективной для достижения максимальной фотокаталитической активности. Это объясняется тем, что данное сочетание позволяет использовать синергию между различными компонентами и усилить гетеропереходы на границах материалов, обеспечивая плавный переход от кристаллической решетки одного материала к другому".
Состав нанокомпозита включает нитрат церия, ацетат меди и гидроксид натрия. Для создания внешней оболочки, обеспечивающей многократное использование, исследователи применили поливинилпирролидон - специальный полимер. Соединение этих компонентов было достигнуто с использованием метода химического осаждения - простой технологии синтеза химических соединений в специализированном растворе.
"После использования нашего нанокомпозита происходит процесс его очистки, который включает промывку водой, обработку этанолом и сушку на воздухе. В отличие от некоторых порошковых фотокатализаторов, которые сложно использовать повторно, наш материал остается высокоэффективным даже после нескольких циклов использования", - подчеркнул Ражеш Кумар Манавалан.
В следующих исследованиях ученые планируют более детальное изучение адсорбционных свойств нанокомпозита по отношению к другим красителям.