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.
Найден новый способ снижения токсичности хрома в сточных водах / ©Getty images
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.
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.
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
