Ученые Южно-Уральского государственного университета разработали и запатентовали новый уникальный состав фотокатализаторов для очистки сточных вод от трудноокисляемых соединений. Структура материала не только эффективна, но и удобна для извлечения отработанных частиц из воды.

Photogenica-PHX26577355

Сегодня фотокатализаторы — популярная тема в научном сообществе. Актуальность их состоит в вопросе разложения трудноокисляемых соединений в сточных водах коксохимического производства, в красильных цехах текстильных фабрик, на нефтехимических и химических заводах.

Принцип действия фотокатализа заключается в том, что с помощью солнечного света или ультрафиолета, который попадает на гранулы, фотокатализатор получает энергию, и образуются свободные пары электрон-дырка. На основе этого происходит взаимодействие свободной пары с водой, образуются радикалы, которые непосредственно разлагают трудноокисляемые соединения.

Ученым ЮУрГУ удалось создать уникальный катализатор для очистки сточных вод, не причиняя вреда окружающей среде. По словам Анны Уржумовой, лаборанта кафедры экологии и химической технологии ЮУрГУ, разработка отличается от всего, что предлагалось другими ранее:

«Уникальность нашей разработки в том, что фотокаталитические наночастицы диоксида титана внедрены в гранулы из силикагеля, что позволяет увеличить размер фотокатализатора, не уменьшая удельную поверхность. Гранулы легко осаждать в отстойниках и удалять из реакционной среды. Аналоги на данный момент есть, но в виде наноразмерных частиц, и удалить их из воды очень сложно. В воде они находятся в виде взвеси, и только с помощью центрифуги можно их удалить», — объясняет Анна Уржумова.

И действительно, современные коксохимические предприятия до сих пор используют более сложные способы очистки воды. Они мало того, что низкоэффективные, но и менее безопасны для окружающей среды, поскольку трудноокисляемые соединения не перерабатываются природой. Это и пестициды, и фенолы, и красители текстильных фабрик. Также существуют методы биологической очистки, но они не позволяют добиваться нормативных показателей загрязнения сточных вод.

Ученые не только успели провести испытания своего изобретения, но и запатентовали гранулы из силикагеля, которые получили из золя кремниевой кислоты ионообменным способом, в который внедрены фотокаталитические наночастицы диоксида титана с размером зерен 20 нанометров. Диоксид титана же был получен пироксометодом с гидротермальной обработкой. Его используют в большом количестве материалов, он безвреден. Встречается, например, в солнцезащитном креме либо как консервант. Силикагель тоже не наносит вред окружающей среде. По сути, он создан на основе кремния. Поэтому способы получения и золя кремниевой кислоты, и самого диоксида титана безопасны и никак не могут навредить окружающей среде.

«В роли разложения трудноокисляемых соединений выступает именно диоксид титана. Чем меньше размер фотокаталитических частиц, тем он эффективнее, поэтому используются наночастицы. Но из-за их неспособности агрегироваться уменьшается их удельная поверхность, он становится менее эффективным. С помощью силикагеля искусственно наращивается размер гранул, чтобы их можно было легко удалить из очищаемой воды. Сам силикагель ничего не очищает, а лишь используется как инертная подложка», - говорит Анна Уржумова.

Для проверки эффективности фотокатализатора ученые использовали красители: метиленовый синий, метиловый оранжевый, метиловый фиолетовый. Гранулы подвергали ультрафиолетовому облучению с помощью самодельного оборудования на основе светодиодных ламп в течение разного времени. С помощью спектрофотометра изобретатели измеряли концентрацию излучения каждые пятнадцать минут, чтобы определить, с какой эффективностью разлагаются трудноокисляемые соединения, и постепенно наблюдали обесцвечивание раствора.

 

Информация и фото предоставлены отделом внешних коммуникаций Управления медиакоммуникаций и мониторинга Южно-Уральского государственного университета