В России создали эффективные катализаторы для очистки воды светом

Учёные МФТИ совместно с коллегами из России и ОАЭ разработали метод, который позволяет использовать видимый свет (а не только ультрафиолет) для разложения токсичных загрязнителей в воде. Результаты опубликованы в Catalysis Science and Technology.

Проблема

• Ежегодно в России фиксируют более 2500 случаев высокого загрязнения поверхностных вод.
• Промышленные стоки содержат красители, фармпрепараты, пестициды.
• Технология фотокатализа (разложение загрязнителей светом) перспективна, но большинство катализаторов работают только в УФ-диапазоне.
• УФ составляет лишь 5% солнечного спектра. Остальные 50% (видимый свет) пропадают впустую.

Решение: фемтосекундная лазерная абляция

Исследователи применили метод фемтосекундной лазерной абляции в жидкостях:

• Мощные лазерные импульсы испаряют вещество с поверхности материала.
• Пары конденсируются в наночастицы с уникальными свойствами.
• Получаются стабильные коллоидные растворы катализаторов без вредных химических добавок.

Что сравнивали

Два материала на основе ниобия:

1. Пентаоксид ниобия — под лазером разрушается до аморфного состояния, создаёт «ловушки» для зарядов, эффективность падает.
2. Ниобат лития — обладает высокой стабильностью, сохраняет кристаллическую структуру, приобретает контролируемые дефекты, которые:
   Позволяют поглощать видимый свет.
   Эффективно разделяют заряды.

Результат

• Катализатор на основе ниобата лития ускорил разложение красителя в 2,3 раза по сравнению с аморфным оксидом.
• 90% очистки раствора — всего за 150 минут.

Что дальше

Технологию можно масштабировать и адаптировать для разложения широкого спектра органических загрязнителей (не только красителей, но и фармпрепаратов, пестицидов). Главное преимущество — использование солнечного света вместо дорогих УФ-ламп.