Учёные МФТИ, НИЯУ МИФИ и XPANCEO с помощью технологии управляемой дефектной инженерии создали высокоэффективный адсорбент на основе ниобата лития, который в 25 раз лучше исходного материала удаляет токсичные красители из сточных вод. Ежегодно предприятия производят более 700 тысяч тонн синтетических красителей, до 15% которых попадает в сточные воды, формируя устойчивые загрязнения. Красители резистентны к биологическому разложению и в высоких концентрациях обладают токсическим и мутагенным действием. Результаты опубликованы в журнале Applied Surface Science.
Ключевая проблема традиционных адсорбентов — низкая эффективность из-за «энтропийного штрафа»: при связывании молекулы красителя с поверхностью материала её свобода движения резко ограничивается, и процесс становится термодинамически невыгодным. Учёные преодолели этот барьер, измельчив порошок ниобата лития в планетарной мельнице в водной среде — это создало на поверхности материала точечные дефекты, открывшие активные центры ниобия. В результате слабое электростатическое взаимодействие сменилось механизмом хемосорбции — образованием прочных химических связей. Эффективность удаления красителей из раствора достигла 96,8%, а сорбционная ёмкость выросла с 4 до 100 мг/г.
Технология легко масштабируется, не требует токсичных растворителей и сложного оборудования, адсорбент стабилен, допускает регенерацию и не образует вторичных токсичных отходов. Материал протестирован на четырёх распространённых красителях и показал селективность: эффективно удалялись только те соединения, которые способны образовывать химические связи с центрами ниобия. Варьирование продолжительности помола позволяет направленно изменять оптические свойства материала, что открывает перспективы для применения в перестраиваемых оптоэлектронных устройствах. Апробацию на пилотном промышленном модуле планируется запустить в течение года. Исследование выполнено при поддержке Минобрнауки России и РНФ.
Изображение: пресс-служба МФТИ
