Без химии и фильтров: российская разработка очищает воду и воздух с помощью света

Российские учёные создали нанокомпозит, способный очищать воздух и воду от загрязнений с помощью света. Новый материал разработали специалисты Института химии растворов им. Г. А. Крестова РАН совместно с учёными Ивановского государственного химико-технологического университета. Об этом сообщили в пресс-службе Минобрнауки РФ.

Как работает нанокомпозит

"В лаборатории "Химия гибридных супрамолекулярных систем” исследуют фотокаталитическую активность нанокомпозиционного материала — титаната бария с оксидом меди. Новое соединение эффективно проявляет себя как в воде, так и на воздухе", — отметили в Минобрнауки РФ.

Материал относится к классу фотокатализаторов - веществ, ускоряющих химические реакции под действием света. В его основе — титанат бария, известный своими пьезоэлектрическими свойствами, и оксид меди, усиливающий реакционную активность при освещении.

Почему это важно? Большинство известных фотокатализаторов активны только под ультрафиолетом. Новый композит способен работать при обычном дневном свете, что делает его энергоэффективным и безопасным для повседневного применения.

Секрет эффективности

Учёные применили особый метод синтеза, при котором титанат бария и нанокомпозит формируются при температуре ниже 1 000 °C. Это снижает энергозатраты и повышает стабильность структуры.

"Нами было обнаружено, что если приложить электрическое поле при облучении источником света, эффективность фотокатализатора при разложении органического загрязнителя увеличивается в 3,4 раза", — рассказал учёный секретарь Института химии растворов Константин Иванов.

А что если использовать материал без электрического поля? Он всё равно проявляет активность, но с меньшей скоростью. Электрическое воздействие усиливает зарядовую сепарацию в кристаллической решётке и ускоряет процесс окисления вредных веществ.

Возможные применения

Разработчики считают, что нанокомпозит можно использовать в системах, где требуется стерильность и постоянная дезактивация поверхности:

• в операционных и лабораториях;
• в медицинских учреждениях с повышенными санитарными требованиями;
• при обработке тканей для спецодежды, устойчивой к загрязнению и микробам.

Под действием света материал разлагает органические загрязнители, бактерии и грибки, не выделяя токсичных побочных продуктов.

Почему технология перспективна для промышленности? Она может быть интегрирована в фильтры систем вентиляции и водоотведения. Материал не требует постоянного обслуживания и активируется естественным освещением.

Очистка воды и воздуха будущего

По замыслу авторов, новый фотокатализатор станет основой для систем самоочищения, работающих без химических реагентов. На промышленных предприятиях такие решения могут использоваться для нейтрализации выбросов и сточных вод.

"Эти свойства позволят в перспективе создать системы очистки воды и воздуха, которые могут быть применены на промышленных предприятиях и в системах водоотведения", — отметили в Минобрнауки РФ.

А что если материал будет внедрён массово? Тогда можно будет снизить использование агрессивных дезинфицирующих средств и химикатов, заменив их экологически безопасными технологиями фотокатализа.

Ошибкой было бы считать, что фотокатализ полностью заменит фильтры. Он работает в комплексе: разрушает молекулы загрязнений, но не удаляет механические примеси. Альтернатива — комбинированные системы, где физическая фильтрация сочетается с фотокаталитической обработкой.

Научное значение открытия

Разработка усиливает позиции российских исследований в области экологических наноматериалов. Работа объединяет достижения физической химии, материаловедения и энергетики.

Почему синтез при низких температурах — прорыв? Он открывает путь к серийному производству: меньше энергозатрат, выше стабильность частиц и проще масштабирование. Это снижает себестоимость будущих технологий очистки.

Новый композит, по словам исследователей, не теряет активности даже после многократного использования, что подтверждает его пригодность для практического применения.