Группа исследователей из Сколтеха разработала и запатентовала новый фотокатализатор, который позволяет очищать воду от органических загрязнителей с помощью облучения видимым светом. Сейчас для этого нужен ультрафиолет, который получают от ртутных газоразрядных лам. Однако они экологически опасны и требуют особой утилизации. К тому же они обеззараживают воду неравномерно.

— Мощность излучения ртутных ламп значительно снижается, когда увеличивается расстояние между облучаемым раствором и источником, поэтому концентрация образующегося вблизи осветительного прибора озона при дезинфекции воды может существенно превышать допустимую по санитарным нормам. Мы предлагаем альтернативу ртутным лампам — светодиоды высокой мощности типа LED, которые обладают рядом преимуществ: экологичностью, экономичностью, долгим сроком службы и незначительным рассеиванием мощности при удалении от источника, — рассказала автор патента, стажер-исследователь Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха Екатерина Моисеева. 

В классической технологии вода сначала поступает в реактор с фотокатализатором, в качестве которого обычно используется диоксид титана (TiO₂). Наночастицы диоксида титана под действием ультрафиолетового света включаются в реакцию разложения воды. В результате образуются высокоактивные гидроксильные радикалы, которые минерализуют химические органические соединения и инактивируют биологические патогены. Однако диоксид титана поглощает только УФ-излучение. Ученые предложили использовать гибридный композит с фталоцианиновым красителем, который активируется под светом от светодиодов высокой мощности видимого спектра. 

— Принцип работы диоксида титана в качестве фотокатализатора основан на его полупроводниковых свойствах. Ключевое отличие в случае с гибридным материалом в том, что фотон поглощает фталоцианин, а образующийся электрон переходит на диоксид титана и после реализуется уже известный механизм. В итоге получается фотокатализатор для очистки сточных вод, способный функционировать при облучении видимым светом, — сказал профессор Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха Дмитрий Горин.

По словам создателей, новый фотокатализатор дешев и нетоксичен, он обладает высокой химической и механической стабильностью. Технология уникальна тем, что очистка от органических соединений происходит одновременно со стадией дезинфекции. При этом органические соединения полностью окисляются до оксида углерода и воды или минерализуются. Фотокаталитический реактор можно использовать как в качестве индивидуальной установки, так и в составе систем для очистки сточных вод в дополнение к классическим технологиям очистки — песчаным и угольным фильтрам.

Работа над фотокатализатором велась в сотрудничестве с кафедрой медицинской химии химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

— Предложенная технология очистки воды может быть намного более выгодой, так как светодиоды значительно долговечнее ртутных ламп. Когда они перегорают, их замена — самая большая статья расходов на обеззараживание. Плюс нужно найти куда их можно сдать. Они еще и очень хрупкие и при разрушении происходит заражение территории ртутью. К тому же светодиоды работают при небольшом напряжении, — сказал координатор программы экологизации промышленности Центра охраны дикой природы Игорь Шкрадюк.

Если экологическая и экономическая эффективность технологии будет подтверждена, это откроет широкие возможности применения и в промышленности, и в быту, и даже в таких экзотических областях, как обеспечение замкнутого цикла обращения воды на космической станции или очистка воды в экспедиции, отметила доцент департамента экологической безопасности и менеджмента качества продукции института экологии РУДН им. Патриса Лумумбы Татьяна Ледащева.

По мнению члена Общественного совета при Минприроды России Владимира Пинаева, для оценки изобретения нужно рассчитать цену применения технологии, доступность компонентов для создания системы очистки, а также воздействие на окружающую среду как при добыче компонентов и производстве систем, так и при их функционировании.

— Важна также промышленная апробация на воде разного состава и в разных климатических и погодных условиях, при разной интенсивности светового потока; определить скорость очистки, пропускную способность конструируемых систем и так далее, — сказал Владимир Пинаев.

На данный момент представленная технология действительно выглядит очень перспективной, но при внедрении возможны подводные камни, подчеркнул специалист.

Источник текста: Известия.