В ПГУ создают экономичные фотокатализаторы для очистки воды и воздуха

Фотокатализаторы на основе наноматериалов разработали ученые Пензенского государственного университета. Они могут применяться для очистки сточных вод предприятий и создания самоочищающихся покрытий.

Материалы проявляют нужные свойства под воздействием солнечного света. Разработка ведется в рамках национального проекта «Наука и университеты».

В процессе фотокатализа сложные органические соединения разлагаются на простые: углекислый газ и воду.

Разрабатываемые материалы могут использоваться в фотокаталитических фильтрах, которые можно установить в кондиционерах, воздухоочистителях и очистных сооружениях на промышленных предприятиях.

Загрязнители из воздуха или воды разлагаются внутри фильтра под воздействием ультрафиолетового излучения или солнечного света, а вредные вещества преобразуются в безопасные.

В качестве фотокатализатора используют полупроводниковые оксиды, например, оксид цинка или диоксид титана. Эти материалы активны только в ультрафиолетовом диапазоне солнечного света.

В Пензенском государственном университете разработали уникальный материал, который может разлагать вредные вещества без использования ультрафиолета, а во всем спектре солнечного света.

Для создания эффективных фотокатализаторов обычно требуется дополнительное ультрафиолетовое освещение. А те, которые работают в солнечном свете, стоят дорого из-за использования благородных металлов: палладия, платины, золота и серебра. Об этом рассказала Надежда Якушова, доцент кафедры «Нано- и микроэлектроника» ПГУ и разработчик проекта.

В лаборатории университета создали новую технологию для изготовления фотокатализаторов на основе модифицированного полупроводникового оксида цинка.

Наш фотокатализатор будет эффективен при любом солнечном излучении. При этом мы предлагаем простую и недорогую технологию. Низкая стоимость достигается за счет использования дешевых металлов — меди и алюминия, которыми модифицируется оксид цинка, — сообщила Надежда Якушова.

Ученые создали первые образцы энергоэффективных фотокатализаторов.

С помощью нанотехнологии создается специальный состав, из которого на прозрачных подложках формируют фотокатализаторы методом погружения (dip-coating) или центрифугирования (spin-coating).

Золь-гель технология позволяет контролировать этапы синтеза и внедрение модификаторов в исходный материал. Это дает возможность получить нужные характеристики конечного продукта.

Мы используем недорогие реагенты, чтобы снизить себестоимость материала. Он обладает фотокаталитической активностью в широкой области спектра солнечного излучения, — рассказала Надежда Якушова.

Есть два способа нанесения материала:

1. На лабораторной установке с несколькими сосудами золь наносится на закрепленную подложку. Это основа для будущей пленки-фотокатализатора. Особенность этого метода в том, что можно сформировать многослойные покрытия разного состава.
2. Подложка с материалом отправляется в центрифугу, где центробежное ускорение распределяет золь по поверхности.

Завершающий этап создания фотокатализаторов — отжиг при температуре более 500 °С в муфельной печи.

Ученые проверили в лаборатории эффективность нового материала на модельных загрязнителях. Они поместили энергоэффективный фотокатализатор в водный раствор красителя — метилового оранжевого и облучили его искусственным солнечным светом. Краситель распался до воды и углекислого газа.

Исследователь отметила, что предложенный способ модификации материала показал интересные результаты. Исследование представляет научный интерес как с точки зрения фундаментальной науки, так и прикладной.

Разработчик проекта добавила, что разработанные фотокатализаторы можно использовать для утилизации просроченных лекарств и устранения утечек на нефтедобывающих и химических производствах, где существующие методы очистки не всегда эффективны.

Способ, предложенный в ПГУ, не уступает по эффективности и экономичности зарубежным и отечественным аналогам.

Разработанный материал можно наносить на разные поверхности, поэтому он применим в строительстве и реставрации памятников культуры.

По словам Надежды Якушовой, материал можно добавлять в строительные краски и лаки, чтобы получить инновационное самоочищающееся покрытие. Также его можно использовать для защиты памятников и предметов искусства от вредных воздействий окружающей среды и реже прибегать к реставрационной чистке.

23.10.2024