Нанокомпозит с высокой адсорбционной способностью для нейтрализации в сточных водах вредных промышленных красителей разработали ученые Уральского федерального университета (УрФУ) совместно с коллегами из Индии и Саудовской Аравии, 23 января сообщает пресс-служба УрФУ.

Новый сорбент лучше своих аналогов, утверждают ученые, так как его эффективность составляет для красителей быстрого зеленого (БЗ) 96,4% и для бромфенолового синего (БС) до 92,7%, тогда как эффективность большинства существующих сорбентов не превышает 90%.

Нанокомпозит способен решить проблемы очистки воды в регионах, где существует дефицит пресной воды, но развито текстильное производство — в странах Ближнего Востока, некоторых районах Индии, Бангладеш и Пакистана.

Так, World resources institute, глобальная исследовательская некоммерческая организация, сообщает, что ежегодно текстильная промышленность в мире использует почти 5 трлн литров пресной воды для окрашивания одежды, но ее эффективная очистка выполняется далеко не во всех странах.

Подробную информацию о новом нанокомпозите и методах его синтеза ученые представили в статье «Быстрая фотокаталитическая активность кристаллического нанокомпозита CeO₂ -CuO-Cu (OH)₂», опубликованной в журнале Sustainability.

Старший научный сотрудник отдела магнетизма твердых тел УрФУ Ражеш Кумар Манавалан рассказал об исследовании:

«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».

Поскольку данный материал имеет высокую фотокаталитическую активность, это позволило добиться адсорбционной эффективности в 96,4% и 92,7% в отношении БЗ и БС соответственно. Кроме того этот нанокомпозит можно использовать несколько раз — эксперимент показал, что его эффективность оставалась выше 90% после пяти циклов очистки.

Особенность разработки — фотокаталитические свойства созданного адсорбента, то есть воздействие света на материал запускает химические реакции, разлагающие загрязнители. Вредные вещества накапливаются в порах нанокомпозита, где в последствии окисляются. В результате красители разлагаются на более простые и менее опасные вещества — в небольшое количество неорганических ионов, безвредных химических веществ и минерализовались до CO₂, H₂O и других веществ.

«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 полученный результат Ражеш Кумар Манавалан.

Нанокомпозит содержит нитрат церия, ацетат меди и гидроксид натрия. Для того чтобы сделать этот сорбент многоразовым, методом химического осаждения ему была создана внешняя полимерная оболочка из поливинилпирролидона.

«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», — добавил Ражеш Кумар Манавалан.

Ученые планируют в будущем провести дополнительные исследования адсорбционной способности разработанного ими нанокомпозита по отношению к другим красителям.