Доступ к чистой воде становится всё более критической проблемой из-за загрязнения промышленными стоками, красителями, пестицидами и другими химикатами. Исследователи из Норвежского университета науки и технологии (NTNU) рассматривают возможность использовать солнечный свет и фотокаталитические материалы, чтобы очищать загрязнённую воду с минимальными затратами и без применения вредных химикатов.
В основе подхода — процесс, известный как фотокатализ, когда специальные материалы активируются светом и запускают химические реакции, разлагающие загрязняющие вещества. Как объясняет аспирант Джибин Энтони из кафедры химической инженерии NTNU, «нам нужны технологии, которые были бы зелёными, доступными и эффективными.»
— Солнце даёт нам огромное количество энергии, совершенно бесплатно. Задача заключается в том, чтобы найти материалы, которые могут использовать солнечный свет для разрушения загрязнений в воде, — отмечает он.
Учёные сосредоточили внимание на минерале бизмутите (оксид карбоната висмута), который сам по себе является фотокатализатором, но в обычном солнечном спектре работает неэффективно, поскольку активируется главным образом ультрафиолетовым светом — только небольшой частью солнечного излучения. Чтобы повысить его эффективность, исследовательская группа тестировала несколько подходов, включая комбинирование бизмутита с диоксидом кремния (кремнезёмом), химическое травление и покрытие бизмутита «плазмонными» золотыми наночастицами.
Плазмонные золотые наночастицы обладают способностью эффективно поглощать и рассевать свет в видимом диапазоне, благодаря чему материал начинает работать почти как антенна для солнечного излучения.
— Они работают почти как антенны для солнечного света. Эффект на фотокаталитическую активность был очень заметным, — добавляет Энтони.
В совокупности эксперименты показали, что такие модификации способны значительно повысить активность фотокатализатора под обычным солнечным светом и приблизить технологию к практическому применению. Как отмечает сам исследователь, «это шаг к доступным солнечным системам очистки воды без использования вредных химических веществ».
Такие подходы, основанные на сочетании солнечной энергии и новых материалов, могут стать частью будущих решений для очистки рек, озёр и источников питьевой воды, особенно в регионах, где ресурсы ограничены и доступ к чистой воде затруднён. Авторы подчёркивают, что это не универсальный ответ на все проблемы водной экологии, но использование солнца и «умной химии» — значимый шаг в направлении устойчивых технологий очистки воды.