Ученые Томского государственного университета, Института электрофизики УрО РАН (Екатеринбург) и Университета Мурсии (Испания) протестировали новые подходы к очистке воды от стойкого промышленного красителя кристаллического фиолетового. Облучение ультрафиолетом с определенной длиной волны и обработка электронами оказались одинаково эффективными. Они всего за полчаса полностью разрушили загрязнитель и сделали раствор, в котором он содержался, абсолютно не токсичным для растений. Полученные данные помогут улучшить системы очистки сточных вод от промышленных химикатов. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry (Q2).
В медицине и биологии для окрашивания клеток бактерий, а также в текстильной промышленности в качестве красителя широко используется кристаллический фиолетовый. Это органическое вещество очень плохо разрушается в природных условиях, поэтому, попадая в сточные воды, может накапливаться и наносить вред живым организмам. Обычно воду очищают от него с помощью угольных фильтров или микробной обработки, однако эти способы недостаточно эффективны. Поэтому ученые ищут новые методы разрушения этого красителя.
Исследователи из Национального исследовательского Томского государственного университета, Института электрофизики УрО РАН (Екатеринбург) и Университета Мурсии (Испания) сравнили два способа разрушения кристаллического фиолетового, пока не используемых на практике. В рамках первого подхода это вещество, растворенное в воде, облучали ультрафиолетом с разными длинами волн — 222 и 282 нанометров. Первая, более короткая волна обладает большей энергией, а потому быстрее разлагает сложные органические молекулы.
В облучаемый ультрафиолетом раствор авторы дополнительно внесли мощные окислители — перекись водорода или персульфат натрия, — которые «атаковали» молекулы красителя и помогали их разрушать.
Второй подход заключался в том, что раствор с красителем облучали электронами, которые испускала специальная установка. Такое излучение проникало в жидкость и создавало в ней активные частицы, способные расщеплять даже самые стойкие химические связи.
Оказалось, что при обработке ультрафиолетом с длиной волны 222 нанометра краситель полностью разрушился всего за 32 минуты. Облучение при 282 нанометрах было менее эффективным: за час оно удалило из воды менее 50% кристаллического фиолетового.
Воздействие электронов позволило разрушить 100% кристаллического фиолетового за 30 минут. Таким образом, облучение электронами и ультрафиолетом с длиной волны 222 нанометров в присутствии окислителя оказалось одинаково эффективно.
Чтобы оценить, насколько очищенная от красителя вода стала безопасна для живых организмов, авторы обработали ею семена кресс-салата. Эксперимент показал, что растворы, на которые действовали всеми вариантами облучения в течение 30 минут, оказались безопасны: они не ухудшили прорастание семян и рост молодых растений. Исходные растворы с кристаллическим фиолетовым, напротив, замедлили эти процессы примерно в два раза.
— Мы показали, что исследуемые методы разрушения кристаллического фиолетового одинаково эффективны. Однако важно помнить, что в случае ультрафиолета нужно использовать определенную длину волны и добавки окислителей. В случае же пучков электронов необходимо доводить обработку до конца, поскольку наши эксперименты с меньшими сроками облучения (около четырех минут) показали, что раствор с красителем остается токсичным из-за вредных промежуточных продуктов распада. И только после длительного 30-минутного облучения они полностью обезвреживаются. В дальнейшем мы планируем применить данную методику для разрушения других промышленных красителей и их смесей, — рассказывает руководитель проекта Ольга Чайковская, доктор физико-математических наук, профессор кафедры оптики и спектроскопии физического факультета Национального исследовательского Томского государственного университета.
Текст: InScience.News
Источник: пресс-служба ТГУ