Ученые РАН исследовали материалы, очищающие воду с помощью света

Сотрудники Института химии растворов им. Г.А. Крестова РАН исследовали материалы, способные под действием света разрушать органические загрязнители и антибиотики в воде. Ученые выяснили, какие свойства материалов определяют их эффективность и почему улучшение поглощения света не всегда ускоряет очистку.

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 ученые ищут способы разрушения таких веществ до их попадания в экосистемы.

Авторы исследования изучили композиты на основе титаната стронция с добавками оксида ниобия и сравнили их с исходным материалом. Такие вещества относятся к фотокатализаторам: поглощая свет, они запускают реакции, приводящие к разрушению молекул загрязнителей. Подобный подход считается перспективным для создания будущих технологий очистки сточных вод.

В лабораторных экспериментах ученые использовали водные растворы двух модельных загрязнителей — красителя родамина Б и антибиотика тетрациклина. Образцы испытывали при облучении ультрафиолетом и видимым светом. 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.

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.

Авторы подчеркивают, что полученные 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.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации