Ученые РАН исследовали материалы, очищающие воду с помощью света

Сотрудники Института химии растворов имени Г. А. Крестова РАН сравнили фотокатализаторы на основе титаната стронция с добавками оксида ниобия и без них. Эти материалы под действием света запускают реакции, которые приводят к превращению органических загрязнителей в воде. Исследование показало, что более сильное поглощение света само по себе не означает более быстрой очистки.

В лабораторных опытах использовали растворы двух модельных загрязнителей — красителя родамина Б и антибиотика тетрациклина. Образцы испытывали под ультрафиолетовым и видимым светом. Удаление антибиотиков важно не только из-за загрязнения водоемов: их попадание в окружающую среду вызывает опасения в связи с распространением устойчивости бактерий к противомикробным препаратам.

При облучении видимым светом характерный спектральный сигнал тетрациклина исчезал через 20 минут в опыте с чистым титанатом стронция. Для композита с добавкой 1 % оксида ниобия это занимало 30 минут, а при содержании добавки 10 % — 40 минут. Таким образом, в этих условиях добавка не ускоряла превращение антибиотика.

Объяснение ученые связали со строением поверхности. При введении оксида ниобия удельная площадь поверхности уменьшалась, а вместе с ней сокращалось количество доступных участков для реакций с загрязнителями. Дополнительными препятствиями, по оценке авторов, могли быть карбонатные соединения и дефекты на границах компонентов.

Для отрасли переработки исследование представляет интерес в контексте разработки методов очистки технологических и сточных вод. Его результат показывает: при выборе фотокатализатора недостаточно ориентироваться только на способность материала поглощать свет. Необходимо учитывать и доступную поверхность, на которой протекают реакции. При этом работа пока не дает оснований говорить о готовой технологии для предприятий.

Результаты относятся к лабораторным условиям. Исчезновение сигнала исходного антибиотика свидетельствует о его превращении, но не доказывает полного разрушения всех органических продуктов или безопасности обработанной воды. Применимость таких материалов к реальным стокам и качество очистки требуют дальнейшей проверки.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.