Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Ученые синтезировали новые наночастицы, которые эффективно очищают сточные воды и не требуют утилизации
Исследователи из МФТИ и МИФИ с коллегами из Китая изготовили наночастицы нитрида титана (TiN) и изучили их сорбционные свойства. Оказалось, что они очень перспективны для решения проблемы очищения сточных вод.
Исследование опубликовано в журнале Physica Scripta. XXI век стал свидетелем нарастающего глобального водного кризиса. В условиях стремительного роста населения, увеличения потребления водных ресурсов и загрязнения окружающей среды необходимость в эффективной очистке сточных вод становится важной как никогда. По статистике, уже к 2030 году две трети населения Земли будут проживать в городах, что создаст дополнительную нагрузку на системы водоснабжения и очистки. Преодоление гуманитарных и экологических проблем требует внедрения инновационных технологий в процесс очистки сточных вод, особенно от токсичных красителей, используемых в текстильной, бумажной и кожевенной отраслях.
Среди существующих методов очистки выделяются механические, химические и биологические, однако, многие из них имеют свои ограничения: биологические методы требуют времени для активации бактерий, а химические могут производить опасные побочные продукты. Сорбция же, предполагающая поглощение загрязняющих веществ твердыми материалами, является наиболее быстрым и эффективным способом. Но для этого требуется утилизация отработанного сорбента.
Важным шагом вперед в этой области стали наночастицы нитрида титана (TiN). Наночастицы TiN, которые можно создать при помощи импульсной лазерной абляции, обеспечивают быстрое и эффективное удаление загрязняющих веществ благодаря эффективной электростатической адсорбции, что делает их крайне привлекательными для применения в системах очистки.
Физики Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ с коллегами синтезировали наночастицы нитрида титана с помощью лазерной абляции (испарения вещества под действием лазерных импульсов и его последующей конденсации в виде наночастиц) в жидкости. Им удалось экспериментально показать, что эти наночастицы обладают уникальными адсорбционными свойствами и способны эффективно поглощать катионные красители. Что делает их особенно перспективными — это высокая удельная поверхность и возможность управления стехиометрией, которая позволяет модифицировать их свойства для решения задач очистки.
Исследователи фокусировали луч лазера на мишени с помощью специальной линзы. Его перемещали по поверхности мишени, изготовленной из нитрида титана, описывая спираль, чтобы избежать нагрева одной точки, при помощи сканатора. Процесс длился 30 минут и в результате образовались наночастицы, придающие коллоидному раствору насыщенный синий цвет.
Схематическое изображение экспериментальной установки для лазерной абляции в жидкостях. (1) — фемтосекундный Yb:KGW лазер, (2) — гальванометрический сканер с линзой F-theta, (3) — абляционная камера с мишенью TiN и приготовленным коллоидным раствором / © Александр В. Сюй и др., Physica Scripta
В эксперименте физики изучали, как наночастицы TiN, синтезированные в разных растворителях (воде, ацетоне и ацетонитриле), взаимодействуют с метиленовым синим. Все три типа наночастиц имели круглую форму, но их размеры немного отличались. Для корректности сравнения все образцы наночастиц были перенесены в воду, предварительно центрифугированы и многократно промыты от остатков органических растворителей. В итоге концентрация наночастиц TiN в воде составила 0,1 г/л.
Для проверки способности наночастиц TiN поглощать метиленовый синий был проведен эксперимент. Наночастицы смешивали с раствором метиленового синего при комнатной температуре для получения концентрации 20 мг/л красителя. Полученные растворы были интенсивно перемешаны и отцентрифугированы. Далее с помощью спектрофотометра определялась концентрация красителя, оставшегося в растворе. В результате экспериментов наночастицы TiN, синтезированные сразу в воде, показали наилучшую сорбционную способность.
Исследователи также изучили эффективность сорбции других катионных красителей, таких как кристаллический фиолетовый и малахитовый зеленый. Наночастицы, синтезированные в воде, эффективно удалили все эти красители из растворов. Особенно хорошо они удаляли кристаллический фиолетовый.
Однако кристаллический фиолетовый и малахитовый зеленый не адсорбировались на наночастицах, созданных в ацетоне и ацетонитриле. Просвечивающая электронная микроскопия синтезированных наночастиц, проведенная на базе Центра Коллективного Пользования МФТИ, показала, что в наночастицах, синтезированных в воде, в ходе абляции формируются специальные полости, которые помогают им лучше захватывать красители.
Метод лазерной абляции позволяет варьировать размер и форму наночастиц, что дает возможность создавать более эффективные сорбенты без использования опасных химических реагентов. Это важное преимущество, особенно актуальное в условиях повышения требований к безопасности технологий.
«Можно с уверенностью сказать, что наночастицы нитрида титана, синтезированные методом лазерной абляции в жидкости, обладают необходимыми свойствами для решения актуальных задач по очистке сточных вод от красителей, — рассказал Илья Мартынов, старший научный сотрудник лаборатории двумерных материалов и наноустройств МФТИ. — Это не только шаг к улучшению качества очистки сточных вод на промышленных предприятиях, но и важный шаг в направлении устойчивого и экологически безопасного будущего для нашего общества».
«Немаловажно и то, что в этой технологии нет проблемы с утилизацией сорбента. Наночастицы TiN могут быть использованы повторно. Для этого нужно отжигать наночастицы при температуре горения органических примесей. В большинстве случаев достаточно нагревать до 300 градусов по Цельсию», — добавил Илья Завидовский, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории контролируемых оптических наноструктур МФТИ.
Исследование финансировалось РНФ, при поддержке Министерства науки и высшего образования России.
Опубликовано при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий» № 075-15-2024-571.
Telegram 
Дзен 
VK Астрономы впервые напрямую связали основание гигантского джета с «тенью» первой «сфотографированной» сверхмассивной черной дыры M87*. Анализ данных, полученных с помощью Телескопа горизонта событий (EHT), позволил проследить, где именно формируется релятивистская струя и лучше понять механизмы ее возникновения.
С середины XX века мирный атом ассоциируют прежде всего с АЭС. Но при всей важности последних иногда за ними не видят многие другие сферы применения атомных технологий — от транспорта до лечения заболеваний и применения в сельском хозяйстве, новых технологий получения сложных материалов и производства аккумуляторов. Всего на неэнергетические цели на планете работают 223 реактора. Попробуем разобраться, чем они занимаются и какие еще направления находятся в фокусе атомной отрасли.
Яркий надувной тюбинг, в народе прозванный «ватрушкой», стал символом зимнего отдыха. Он кажется удобным, мягким и потому — безопасным. Это ощущение обманчиво и ежегодно приводит к тысячам серьезных травм. В чем же кроется фундаментальная опасность этого популярного развлечения? На этот вопрос для нашего издания ответил Олег Рубан, кандидат технических наук, доцент кафедры физики РТУ МИРЭА, объяснив, почему законы физики превращают безобидный на вид тюбинг в неуправляемый снаряд.
Международная команда палеонтологов описала новый вид динозавра размером с крупную современную птицу. Он носил на голове плотный костяной нарост, который эти животные, возможно, использовали для внутривидовых разборок. Находка показывает, что даже мелкие хищники мелового периода могли решать конфликты не только когтями и зубами, но и ударами головой.
Кэтлин Рубинс выступила перед комитетом Национальных академий США и рассказала, что не так с новыми скафандрами для близкой высадки американцев на Луне. Учитывая ее 300-дневный опыт пребывания в космосе, критика выглядит довольно обоснованной. В прошлом году Рубинс ушла с поста руководителя отделения внекорабельной деятельности отдела астронавтов, где она участвовала в разработке новых лунных скафандров.
Некоторые исследователи предполагали, что по мере исчезновения морского льда белые медведи потеряют кормовую базу и начнут умирать от истощения. Однако их популяция, живущая в районе максимального исчезновения морского льда, напротив, существенно прибавила в весе.
От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
Международная команда палеонтологов описала новый вид динозавра размером с крупную современную птицу. Он носил на голове плотный костяной нарост, который эти животные, возможно, использовали для внутривидовых разборок. Находка показывает, что даже мелкие хищники мелового периода могли решать конфликты не только когтями и зубами, но и ударами головой.
Образцы грунта, взятые астронавтами полвека назад, вложили еще один важный кирпич в здание научной картины мира: гипотеза о том, что Земля исходно была сухой, не стыкуется с фактами. Похоже, идею о невозможности сохранения большого количества воды на «теплых» планетах придется пересмотреть.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно