Найден новый способ снижения токсичности хрома в сточных водах

Специалисты ЮФУ совместно с коллегами из Токийского университета науки обнаружили новый фотокатализатор, которой может помочь в эффективном снижении вредного воздействия на живые организмы соединений хрома в загрязненных почвах и сточных водах.

ЮФУ

Найден новый способ снижения токсичности хрома в сточных водах / ©Getty images / Автор: Euclio Drusus

Несмотря на широкое использование хрома, этот элемент имеет плохую репутацию – долгосрочное воздействие его соединений приводит к высокому риску развития злокачественных новообразований и других вредных для здоровья человека процессов. К тому же, хром присутствует в промышленных отходах и потому является одним из основных источником загрязнения воды.

По словам исследователей, токсичность соединений хрома напрямую зависит от степени окисления металла. Из двух наиболее стабильных состояний, которые проявляет этот эелемент, – шестивалентный хром (Cr(VI)) и трехвалентный хром (Cr(III)), – первое является более токсичным и растворимым. Таким образом, загрязнение хромом может быть смягчено простым преобразованием хрома шестивалентного в менее растворимую форму Cr(III) с помощью реакции восстановления, которую можно легко извлечь в виде осадка. Однако большинство методов, которые позволяют это сделать, либо дорогостоящие и опасные, либо имеют высокие энергетические требования.

Так, ученые сосредоточились на поиске соединений (фотокатализаторов), которые при световом воздействии способны переводить соединения Cr(VI) в Cr(III), снижая при этом вредное воздействие на окружающую среду. Используя воду в качестве растворителя (в то время, как раньше отдавалось предпочтение органическим растворителям) специалисты Южного федерального университета совместно с иностранными коллегами нашли соединение, которое проявляет фотокаталитическую активность в реакции восстановления соединений Cr(VI) до Cr(III) и, следовательно, может использоваться при очистке сточных вод.

Форма граничных молекулярных орбиталей перспективных фотокатализаторов восстановления Cr(VI) / ©Пресс-служба ЮФУ

Команда исследователей, возглавляемая профессором Такаширо Акицу из Токийского университета науки (г. Токио, Япония), успешно провела исследование, опубликованное в New Journal of Chemistry. В состав команды также вошли Ёшито Миягава, Томоюки Харагучи (Токийский университет науки, Япония), Аршак Цатурян (Туринский университет, Италия, и Южный федеральный университет, Россия) и Игорь Щербаков (Южный федеральный университет, Россия).

В своем исследовании команда синтезировала комплексы меди (Cu(II)) из целого ряда органических соединений. В ходе дальнейших анализов они подтвердили, что эти комплексы вместе с фотокатализатором, оксидом титана (TiO₂), участвуют в фотохимической реакции, приводящей к восстановлению шестивалентного хрома Cr(VI) как в метаноле, так и в воде.

«Мы изучили зависимость фотокаталитической активности комплексов меди Cu(II) от длины волны облучения, кислотности среды в различных средах (метанол и вода). Экспериментальная работа была дополнена квантово-химическим моделированием пространственного строения и физических свойств фотокатализаторов. Полученные результаты доказали высокую эффективность координационных соединений меди(II) с основаниями Шиффа в снижении содержаний растворимых форм соединений хрома.

Строение комплексов меди, проявивших фотокаталитическую активность / ©Пресс-служба ЮФУ

Эта активность проявляется при облучении в диапазоне 460-495 нм длин волн, что соответствует диапазону видимого спектра. В дополнении было показано, что фотокаталитическая активность диоксида титана при облучении ультрафиолетовым светом повышается при совместном использовании с комплексами меди.

Дальнейшие электрохимические эксперименты показали, что фотокатализаторы являются многоразовыми, а это указывает на их потенциальную применимость в улучшении экологической обстановки», – рассказал кандидат химических наук, старший научный сотрудник Лаборатории фотохимии Отдела строения реакционной способности органических соединений НИИ ФОХ ЮФУ Аршак Цатурян. Работа ученых открывает перспективы для разработки новой экономически эффективной и действенной процедуры очистки сточных вод.

«Это продолжение плодотворного сотрудничества в области разработки фотокатализаторов между учеными из Южного федерального университета и Токийского университета науки. Благодаря проведенным исследованиям, отраженным в публикациях Russian Chemical Bulletin, Journal of Molecular Structures, Inorganica Chimica Acta, появилась возможность создать технологию, которая поможет обратить вспять негативное воздействие промышленных отходов на водные объекты», – заключил доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой физической и коллоидной химии имени профессора В. А. Когана Игорь Щербаков.

Автор – Дарья Терёхина

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Южный федеральный университет образован в рамках национального проекта "Образование" распоряжением Правительства Российской Федерации от 23 ноября 2006 года N1616-р (pdf) и приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 4 декабря 2006 года N1447 путем присоединения к Ростовскому государственному университету трех вузов: Таганрогского государственного радиотехнического университета, Ростовского государственного педагогического университета, Ростовской государственной академии архитектуры и искусств.