Ученые УрФУ совместно с коллегами из Индии и Саудовской Аравии разработали нанокомпозит, который обладает высокой адсорбционной способностью. Новый материал нейтрализует промышленные красители, которые попадают в сточные воды из-за деятельности текстильных предприятий. Новый сорбент лучше аналогов, так как его эффективность составляет 96,4 процента против быстрого зеленого (БЗ) и до 92,7 процента против бромфенолового синего (БС). Ученые утверждают, что у большинства существующих сегодня сорбентов эффективность не превышает 90 процентов.
В УрФУ синтезировали нанокомпозит для очистки сточных вод / © Getty images
Особенно востребованным нанокомпозит может быть в регионах, где существует дефицит пресной воды — в странах Ближнего Востока, некоторых районах Индии, Бангладеш и Пакистана. Подробную информацию о новом нанокомпозите и методах синтеза ученые опубликовали в журнале Sustainability.
«Органические красители БЗ и БС чрезвычайно канцерогенны. Значительная их часть концентрируется в сточных водах, куда они попадают в результате деятельности промышленных текстильных предприятий. Именно это простимулировало нас создать новый наноматериал, который способен очистить промышленные сточные воды от вредных красителей. Наша разработка имеет высокую фотокаталитическую активность, в результате чего адсорбционная эффективность составила 96,4 и 92,7 процента против БЗ и БС соответственно. Важно также отметить, что наш нанокомпозит можно использовать несколько раз — по итогам эксперимента эффективность полимеров оставалась выше 90 процентов даже после пяти циклов использования», — поясняет старший научный сотрудник отдела магнетизма твердых тел УрФУ Ражеш Кумар Манавалан.
Особенность разработки — фотокаталитические свойства. Это значит, что под воздействием света материал запускает химические реакции, которые разлагают загрязнители. Вредные вещества накапливаются в порах нанокомпозита, а затем окисляются. В результате красители раскладываются на более простые и менее опасные вещества — углекислый газ и перекись водорода.
«Комбинация материалов, которые использовались в нашей работе, оказались весьма эффективными для создания максимальной фотокаталитической активности. Дело в том, что такое сочетание позволило использовать синергию между различными компонентами и усилить гетеропереходы на границах раздела материалов. Это значит, что кристаллическая решетка одного материала плавно, без нарушения периодичности, переходит на кристаллическую решетку другого», — комментирует Ражеш Кумар Манавалан.
В составе нанокомпозита содержатся нитрат церия, ацетат меди и гидроксид натрия. Для создания внешней оболочки, которая позволила сделать вещество многоразовым, ученые использовали поливинилпирролидон — специальный полимер. Соединить эти вещества вместе исследователям удалось методом химического осаждения — простой технологией синтеза химических соединений в специальном растворе.
«После использования нашего нанокомпозита происходит процесс его очистки, который включает в себя промывку водой, обработку этанолом и сушку на воздухе. Аналогичные фотокатализаторы, например порошковые, использовать повторно достаточно сложно», — добавляет Ражеш Кумар Манавалан.
В будущем ученые проведут дополнительные исследования нанокомпозита, чтобы изучить его адсорбционную способность по отношению к другим красителям.
Стоит добавить, что по данным World resources institute, каждый год текстильная промышленность использует почти пять триллионов литров пресной воды для окрашивания одежды. Этого достаточно, чтобы заполнить два миллиона плавательных бассейнов олимпийского размера. Всемирная организация здравоохранения утверждает, что в 2022 году чуть больше половины всех сточных вод в мире подвергалось очищению. Однако этот показатель варьируется между странами.
По данным Statista, в 2022 Австралия и Новая Зеландия в совокупности очистили 92,2 процента всех сточных вод, которые они произвели. На втором месте государства Северной Америки и Европы — в этих регионах 86,4 процента сточных вод в той или иной мере подверглись очищению. Затем идут страны, расположенные на территории Западной Азии и Северной Африки — им удалось убрать 63 процента вредных веществ в произведенных ими сточных водах. Хуже всего обстоят дела в африканских странах южнее Сахары и государствах Океании — они смогли очистить лишь 20 и 14,8 процентов сточных вод соответственно.
