В СПбГУ создали нанолисты цинка для систем очистки воды

Новый способ создания особых наночастиц нашли ученые из Санкт-Петербурга. Эти частицы сделаны из оксида цинка и имеют форму тонких листов, которые так и называются — нанолистами. Такие нанолисты можно использовать для очистки воды от вредных веществ, например, красителей или антибиотиков.

Результаты исследования опубликованы в издании Ceramics International.

Многие органические вещества, такие как красители и антибиотики, токсичны и вредны для окружающей среды. Поэтому их нужно правильно утилизировать.

Сегодня есть специальные сервисы и условия для правильной утилизации таких веществ. Но они не всем доступны, поэтому вредные вещества часто попадают в канализацию со сточными водами промышленных производств и животноводческих хозяйств.

Ученые считают, что фотокатализ — это один из самых перспективных способов борьбы с загрязнением воды. Фотокатализ происходит, когда полупроводниковые частицы разрушают молекулы загрязнителей под действием света.

Химики из Санкт-Петербургского университета создали новые частицы, чтобы понять, как они работают. Эти частицы называются нанолистами и представляют собой пластинки толщиной около 20 нанометров.

Чтобы получить нанолисты, ученые использовали метод химического осаждения. Они также добавили в реакционную среду вещества, которые помогли кристаллам сформироваться в определенном порядке. Это позволило получить частицы в форме нанолистов.

Ученые знают, что свойства наночастиц зависят от их размера и формы. Поэтому они исследовали свойства полученных нанолистов, чтобы лучше понять, как они работают. Это важно для того, чтобы использовать эти частицы в будущем.

Представьте себе обычный лист с дерева. Он большой, и на его поверхности появляются капли росы. Именно эта поверхность соприкасается с загрязнениями, которые лист может разрушить.

У листа есть не только поверхность, но и толщина, а также тонкие боковые края. Эти края играют важную роль. Мы выяснили, что в нанолисте именно эти края создают особые молекулы воды и кислорода, которые разрушают вредные вещества, — рассказала один из авторов исследования, лаборант‑исследователь кафедры общей и неорганической химии СПбГУ Ксения Мешина.

Один из авторов работы, доцент Михаил Вознесенский, объяснил, что ученые проводят сложные расчеты, чтобы понять, как дефекты в кристаллической структуре наночастиц влияют на их работу. Это помогает разобраться в процессах, когда загрязнители прикрепляются к поверхности катализатора и разлагаются под действием света.

Ученые из Санкт-Петербурга разработали методы, которые позволяют точно определить эффективность фотокатализатора для каждого вида загрязнителя. Плюс ко всему, используемый ими оксид цинка нетоксичен и обладает антибактериальными свойствами. Поэтому материалы из него безопасны для окружающей среды и подходят для использования в медицине.

Эксперименты показали, как с помощью света можно очистить воду от красителей. Они также использовали методы вычислительной химии, чтобы создать материал, который удаляет загрязнения более чем на 90%.

Оказалось, что не существует универсального фотокатализатора, который подходил бы для всех случаев. То, что работает для одного вещества, может не подойти другому. Поэтому нужно точно подбирать параметры фотокатализатора для эффективной очистки воды от конкретного загрязнителя.

Результаты работы ученых позволяют сделать это быстрее, сократив количество экспериментов благодаря компьютерным расчетам, — отметил доцент кафедры общей и неорганической химии СПбГУ Михаил Осмоловский.

Ранее ученые из ТПУ использовали нанолисты для очистки газов.

На фото: наночастицы оксида цинка (в эппендорфе), на врезке СЭМ-изображение этих наночастиц. Предоставил Михаил Вознесенский

05.12.2024