Научные сотрудники Института химии растворов имени Г. А. Крестова РАН исследовали материалы, способные под действием света разрушать органические загрязнители в воде. Работа помогла выяснить, какие свойства определяют их эффективность и почему улучшение поглощения света не всегда ускоряет очистку.
Исследователи получили композиты на основе титаната стронция с добавками оксида ниобия и сравнили их с исходным материалом. Эти вещества относятся к фотокатализаторам: поглощая свет, они запускают химические реакции, которые могут приводить к разрушению молекул загрязнителей. Такой подход изучают как основу для будущих технологий очистки сточных вод.
В лабораторных экспериментах использовали водные растворы двух модельных загрязнителей - красителя родамина Б и антибиотика тетрациклина. Образцы испытывали при облучении ультрафиолетовом и видимом освещении.
Интерес к удалению антибиотиков из воды связан не только с загрязнением окружающей среды. Их попадание в природные водоемы вызывает опасения в связи с распространением устойчивости бактерий к противомикробным препаратам. Поэтому научные сотрудники ищут способы разрушать остатки таких веществ до их попадания в экосистемы.
В опытах с видимым светом для композита с добавкой 1% оксида ниобия характерный спектральный сигнал тетрациклина исчезал через 30 минут. При увеличении добавки до 10% этот процесс занимал 40 минут, а для чистого титаната стронция - 20 минут. Эти результаты относятся к условиям лабораторного эксперимента. Исчезновение сигнала исходного антибиотика свидетельствует о его превращении, но само по себе не доказывает полного разрушения всех органических продуктов или безопасности обработанной воды.
Сравнение образцов позволило выявить важную закономерность: добавление оксида ниобия улучшало поглощение света, однако не повышало фотокаталитическую активность. Объяснить этот результат помогло исследование поверхности материалов. При введении оксида ниобия удельная площадь поверхности уменьшалась. В результате сокращалось количество доступных участков, на которых могли протекать реакции с загрязнителями. Дополнительными препятствиями, по оценке авторов, могли стать карбонатные соединения и дефекты на границах компонентов.
Полученные результаты показывают, что при разработке материалов для очистки воды важно учитывать не только способность поглощать свет, но и строение поверхности. Работа помогает определить, какие характеристики необходимо контролировать, чтобы создавать более эффективные фотокатализаторы.
Результаты опубликованы в журнале «Journal of Composites Science».
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.
Фото: ИХР РАН
Источник: Минобрнауки России
