Химики из России и Китая создали соединение для эффективной очистки воды

Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) совместно со специалистами из Дагестанского государственного университета и Университета науки и технологий Шэньси разработали материал на основе неорганических соединений, которые способны разрушать загрязнители в сочетании со световым и звуковым воздействием. Вещество создано из сложного оксида висмута, титана и ниобия и может использоваться для очистки текстильных и фармацевтических предприятий.

Новая смесь позволит очищать стоки промышленных предприятий.

Акцент сделан на этих отраслях, поскольку именно промышленные стоки от таких заводов содержат много органических красителей, загрязняющих воду и окружающую среду. На сбросах установлены фильтры, однако они зачастую недостаточно эффективны. Ученые ищут способы усовершенствовать технологии очистки. Им удалось установить, что оксид висмута, титана и ниобия способен разлагать сложные органические молекулы до безвредных. Но реакцию запускает либо воздействие света, либо ультразвук.

В ходе экспериментов авторы исследования пробовали разные структуры вещества, собранного в слоистом виде. Причем в синтезе использовались разные подходы: твердофазный метод и метод расплавленных солей. Затем сравнивалась эффективность материалов, полученных разными способами.

Структура образца, синтезированного твердофазным методом (слева) и методом расплавленных солей (справа)

Причем тестирование проводилось в трех режимах: под воздействием света, ультразвука и при их сочетании. Опытным материалом был метиленовый синий — классический органический краситель из текстильной промышленности. В результате выяснилось, что полученный твердофазным методом материал разлагал при свете около 84% красителя за час, а полученный методом расплавленных солей — 46%. Под ультразвуком оба образца показали примерно одинаковые значения — около 77%. Но лучше всего сработал комбинированный подход в обоих случаях — эффективность достигала 93%.

Дефекты кристаллической решетки, которых больше при твердофазном методе получения смеси, лучше работают с фотокаталитическими реакциями, усиливая их, а вот пьезоэлектрическое поле под ультразвуком они ослабляют. Поэтому суммарный эффект от подходов ниже, чем последовательное воздействие на вещество светом и ультразвуком. А с материалом, полученным методом расплавленных солей, наблюдается обратный эффект.

Это открывает возможность для сочетания различных методов производства катализаторов и их использования при очистке воды в зависимости от факторов окружающей среды и производства.