Российские ученые синтезировали новые фотокатализаторы — вещества, способные под действием видимого света превращать кислород в его активную форму, которая может разлагать токсичные органические соединения, причем в десятки раз дешевле, чем при использовании существующих технологий, сообщили РИА Новости в Российском научном фонде (РНФ).
При работе текстильных и фармацевтических предприятий образуются химические отходы, например, ароматические углеводороды или полупродукты (вещества, оставшиеся от реакций) лекарственных средств, опасные для окружающей среды. Поэтому их нужно расщеплять до нетоксичных соединений — воды и углекислого газа. Обычно такие реакции проводят с помощью так называемого синглетного кислорода — молекулы с более высокой энергией, чем у обычного кислорода. Благодаря этой энергии синглетный кислород активнее соединяется с органическими веществами и сильнее окисляет их, из-за чего последние разрушаются.
Сейчас синглетный кислород получают с помощью ультрафиолетовых ламп и металлических катализаторов, но у них есть два недостатка: они достаточно дороги, а также опасны для живых организмов в воде - например, они убивают фитопланктон, которым питаются рыбы. Поэтому ученые ищут более дешевые и безопасные способы получения синглетного кислорода для разложения опасных органических отходов и для изготовления лекарств.
Ученые из Ивановского государственного химико-технологического университета (Иваново) с коллегами из других российских научных организаций синтезировали шесть фотокатализаторов, которые "производят" синглетный кислород под действием видимого света (солнечного или LED-ламп). Это происходит за счет того, что катализатор получает энергию света, а затем передает ее на молекулы кислорода, тем самым активируя их.
Авторы исследования выяснили, что на свету эти фотокатализаторы превращали обычный кислород в синглетный с эффективностью от 49% до 62%. Для сравнения, широко используемые катализаторы на основе соединений титана и вольфрама обеспечивают эффективность превращения на уровне 30%.
По мнению исследователей, полученные фотокатализаторы можно применять на очистных сооружениях фабрик и заводов, потому что именно под влиянием света малой мощности от относительно дешевых LED-ламп они будут превращать обычный кислород в синглетную форму. Она, в свою очередь, будет разрушать полупродукты лекарств и ароматические углеводороды до воды и углекислого газа. По оценкам ученых, использование видимого света для получения синглетного кислорода значительно удешевит процесс очистки, поскольку LED-лампы дешевле ультрафиолетовых в среднем в 65–70 раз.
Кроме того, эксперименты показали, что полученные учеными фотокатализаторы с эффективностью до 100% превращают сульфиды в сульфоксиды, входящие в состав лекарств для противораковой терапии и лечения заболеваний нервной системы. Более того, как полагают авторы исследования, новые фотокатализаторы могут применяться до одной тысячи раз без потери эффективности, что сопоставимо с фотокатализаторами, используемыми в промышленности для образования сульфоксидов.
"Мы планируем протестировать фотокатализаторы с разной химической структурой, а также испытать их в паре с другими веществами, разлагающими загрязнители, например диоксидом титана, нитридом углерода и графеном. Это позволит улучшить не только свойства используемых сейчас фотокатализаторов, но и разработать новые и тем самым усовершенствовать технологии разложения токсичных химических соединений в воде", — рассказал руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, старший научный сотрудник лаборатории синтеза и исследования порфиразиноидов Ивановского государственного химико-технологического университета Иван Скворцов.
В исследовании также участвовали ученые из Российского технологического университета МИРЭА (Москва), Института физической химии и электрохимии имени Фрумкина РАН (Москва) и Института химии растворов имени Крестова РАН (Иваново).