Энергия солнечного света поможет в очистке воды от загрязнений

Статья опубликована в журнале Journal of Solid State Chemistry.

Попадание в сточные воды органических загрязнителей — циклических ароматических углеродов, пестицидов, фенола, полихлорированных дифенилов — частный побочный результат хозяйственной деятельности человека. Эти химические вещества и соединения негативно влияют на экосистему и, как следствие, на здоровье людей.

Сегодня ученые во всем мире работают над повышением эффективности систем очистки воды, в том числе методом фотокаталитического разложения органических ядов и химикатов. Фотокатализ — это ускорение химической реакции за счет взаимодействия специального вещества — фотокатализатора — с падающим светом. Некоторые фотокатализаторы при поглощении света способствуют окислению органических веществ, что используется для очистки сточных вод, отметили исследователи.

По их словам, на сегодняшний день в промышленных масштабах для этих целей применяется диоксид титана TiO2 — он дешев в производстве, однако реагирует на видимый свет в сравнительно в узком диапазоне, что существенно снижает его эффективность.

Ученые Университета Лобачевского синтезировали ряд веществ и экспериментально установили их фотокаталитические свойства.

"Мы смогли установить особенности соединений, принадлежащих к структурному типу β-пирохлора и предложили новую модель строения, опираясь на которую, спрогнозировали и синтезировали новые теллур-содержащие соединения. Полученные нами на этой основе фотокатализаторы, с одной стороны, соответствуют критериям, выдвигаемым к зонной структуре материала для осуществления соответствующих реакций, а с другой стороны — химически стабильны в водных растворах и органических растворителях, что позволит использовать их в течение длительного времени", — прокомментировала младший научный сотрудник лаборатории технологии высокочистых материалов НИИ химии Университета Лобачевского Диана Фукина.

Исследователи теоретически установили, какие именно реакции смогут фотокатализировать полученные материалы, определив их зонную структуру — взаимное расположение валентной зоны и краев зоны проводимости. Результаты измерений были проверены в ходе эксперимента с веществом метиленовым синим: два из четырех полученных соединений — CsTeMoO6 и RbTe1.5W0.5O6 — успешно разлагают краситель со степенью разложения около 100 и 50 процентов за 8 часов соответственно, рассказали ученые.

По словам Фукиной, полученные соединения позволяют работать в видимом диапазоне света, то есть напрямую использовать энергию солнечного света для инициирования запуска реакций фотокаталитического окисления. При использовании таких материалов в странах с высокой солнечной активностью в течение дня не будут нужны дополнительные затраты на электроэнергию для активации процесса, как это происходит в случае диоксида титана.

"Ученые во всем мире бьются над повышением эффективности фотокаталитического процесса различными способами. Например, существует способ модификации оксида титана добавлением серебра — активность повышается, но процесс производства сразу же становится более дорогим и сложным. В случае наших соединений, пусть некоторые реактивы будут и дороже оксида титана, но процесс синтеза достаточно простой, а модификации не требуются. Поэтому сейчас хоть и сложные на первый взгляд по составу, однако более простые с точки зрения синтеза соединения без драгоценных металлов кажутся более привлекательными", — объяснила Фукина.

Научная группа продолжает детальное исследование механизма процессов фотокаталитического разложения органики с использованием уже полученных соединений. Это позволит понять, каким образом необходимо модифицировать соединения, в каких условиях и применительно к каким процессам их эффективность будет максимальна.