• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
10.01.2023
СПбГУ
383

В СПбГУ разработали метод очистки воды с помощью наночастиц

4.7

Химики Санкт-Петербургского государственного университета разработали метод очистки воды от органических соединений с использованием наночастиц на основе оксида олова методом фотокатализа.

В СПбГУ разработали метод очистки воды с помощью наночастиц / ©Getty images / Автор: Никита Тарасов

Загрязнение воды — одна из острых экологических проблем современности. Из-за высоких темпов развития промышленности и увеличения объемов сточных вод ухудшается экология водных объектов, поэтому ученые активно работают над разработкой новых способов очистки промышленных сбросов, которые позволяли бы быстро и без лишних отходов очищать воду от таких сложных загрязнителей как органические красители.

Одним из наиболее перспективных методов очистки воды считается фотокатализ — процесс, при котором энергия света используется для запуска химических реакций разложения органических соединений до углекислого газа и воды, благодаря присутствию катализатора — особого материала в форме наночастиц. До сих пор отсутствовало понимание, что именно определяет эффективность и скорость такой очистки — размеры частиц, особенности их строения и состава, ученые СПбГУ нашли ответ на этот вопрос.

Схематичная иллюстрация подхода к разработке материала с фотокаталической активностью против органических загрязнителей и бактерий / ©Пресс-служба СПбГУ

Химики СПбГУ предложили системный подход, позволяющий подобрать под определенное вещество-загрязнитель наночастицы для использования в фотокаталитических установках для очистки воды. Разработанные материалы проявляют фотокаталитическую активность под действием видимого света от обычных диодных лампочек, которые по всем параметрам дешевле и проще в эксплуатации, чем используемые ранее ультрафиолетовые.

«Мы предлагаем принципиально новый подход, который можно сравнить с системой дорожной навигации. Так, при выборе маршрута до пункта назначения можно пользоваться обычной бумажной картой, самостоятельно прокладывать маршрут в режиме реального времени, ориентируясь на дорожные знаки и обстановку. Мы же предлагаем алгоритм, похожий на современные системы навигации, которые для любой желаемой точки назначения обрабатывают несколько вариантов маршрута, проводят анализ текущей дорожной ситуации и выбирают кратчайших путь. Если раньше материалы для фотокатализаторов подбирались практически наугад, то сегодня этот процесс становится продуманным и обоснованным», — рассказала основной исполнитель проекта, молодой ученый кафедры общей и неорганической химии СПбГУ Анастасия Подурец.

В работе были использованы наночастицы на основе диоксида олова, содержащего 3D-элементы (кобальт, никель, медь). Научная группа синтеза и исследования наночастиц и наноструктурированных материалов провела масштабное исследование процессов формирования наночастиц и продуктов фотокаталитического разложения загрязнителей в различных условиях.

Ученые выяснили, что для создания эффективного катализатора необходимо организовать его синтез таким образом, чтобы сформировалось твердое тело с максимальным количеством кислородных вакансий — дефектов кристаллической решетки, когда в ней отсутствуют отдельные атомы. Именно вакансии и позволяют переносить возникающие пары электрон-дырка на поверхность наночастиц, где они играют основную роль в разрушении молекул загрязнителя. При этом важно, чтобы других дефектов не было слишком много, иначе результат будет противоположным. Разработанный подход был доказан на примере широко используемых органического красителя метиленового синего и антибиотика окситетрациклина.

Помимо фотокатализа, ученые продемонстрировали наличие антибактериальной активности синтезированных наночастиц на примере бактерии E.Coli. Поскольку механизмы разрушения органических молекул похожи на механизмы нейтрализации бактерий, эффективные фотокатализаторы также способны уничтожать соответствующие бактерии.

По словам ученых, метод применим и для других загрязнителей: необходимо лишь провести специальные расчеты для понимания, как изменить параметры наночастиц, исходя из вещества-загрязнителя. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Journal of Alloys and Compounds. Исследования методов очистки воды с помощью наночастиц представлены также в научных журналах Materials Chemistry and Physics и Journal of Hazardous Materials.

Работы проводились в рамках проекта, поддержанного грантом Российского фонда фундаментальных исследований «Разработка подходов к компьютерному моделированию процессов роста наночастиц из растворов: теоретическое и экспериментальное исследование на примере диоксида олова — материала с фотокаталитической активностью». Результаты проведенного исследования будут также представлены в рамках защиты диссертации «Взаимосвязь «условия синтеза — морфологические и структурные параметры — фотокаталитические свойства» в допированных ионами 3D-элементов наночастицах диоксида олова».

В рамках работы ученые использовали оборудование ресурсных центров «Инновационные технологии композитных материалов», «Культивирование микроорганизмов», «Методы анализа состава и вещества», «Нанотехнологии», «Вычислительный центр», «Оптические и лазерные методы исследования», «Рентгенодифракционные методы исследования», «Физические методы исследования поверхности» Научного парка СПбГУ.  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Один из старейших, крупнейших и ведущих классических университетов и один из важнейших центров науки, образования и культуры в России.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 15:12
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

Сегодня, 07:08
Мария Азарова

Ученые выявили генетическую мутацию, ответственную за напоминающий лакричные конфеты «салмиак» окрас шерсти, который недавно появился у домашних кошек в Финляндии.

Вчера, 11:00
НИУ ВШЭ

Исследователи Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ использовали технологии автоматического распознавания эмоций для изучения благотворительного поведения. В рамках эксперимента ученые показали 45 участникам исследования фотографии собак, нуждающихся в помощи, и предложили сделать пожертвования в их поддержку. Эмоциональные реакции на изображения определяли по мимической активности с помощью программы FaceReader. Оказалось, что чем сильнее участники испытывали грусть и гнев, тем больше денег они готовы были отдать в благотворительные фонды, при этом персональный уровень финансового благополучия не влиял на размер пожертвований.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

Позавчера, 15:12
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

24 мая
Полина Меньшова

Чрезмерный или неконтролируемый просмотр порноконтента, как правило, связан с особенностями психологического и эмоционального состояния человека. Какие именно факторы вызывают потребность в видео «для взрослых», объяснили специалисты из Австралии.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

3 мая
Василий Парфенов

Ледяной покров Антарктики претерпевает значительные изменения на протяжении года, и его поведение хорошо изучено в общем. Но некоторые локальные аномалии объяснить не получается вот уже несколько десятилетий. Одна из них — полынья возвышения Мод, или полынья моря Уэдделла, которая появляется нерегулярно на одном и том же месте. Международная команда океанологов, наконец, смогла разгадать механизмы ее образования.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: