Ученые Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ вместе с коллегами из России и ОАЭ предложили эффективный способ борьбы с загрязнением поверхностных вод. Специалисты решили бороться с проблемой с помощью энергии солнечного света, результаты их эксперимента опубликовали в журнале Catalysis Science and Technology.
Ежегодно в России фиксируется больше 2,5 тыс. случаев высокого загрязнения поверхностных вод. Токсичные органические соединения, включая красители, фармпрепараты, пестициды попадают в реки и озера с промышленными стоками.
В основе своей работы ученые использовали фотокатализ — перспективную технологию разложения загрязнителей под действием света. Однако большинство существующих катализаторов работают только в ультрафиолетовом диапазоне, который составляет лишь 5% солнечного спектра.
Еще 50% энергии, приходящиеся на видимый свет, остаются невостребованными. Исследователи преодолели это ограничение, применив для синтеза катализаторов фемтосекундную лазерную абляцию в жидкостях.
Мощные лазерные импульсы испаряют вещество с поверхности материала, и оно конденсируется в наночастицы с уникальными свойствами. Метод позволяет получать стабильные коллоидные растворы катализаторов в воде без использования вредных химических добавок.
Ученые испытали два материала на основе ниобия — пентаоксид ниобия и ниобат лития. Эксперимент показал, что лазерное воздействие ведет их по разным путям.
Пентаоксид ниобия разрушается до аморфного состояния, что создает «ловушки» для зарядов и снижает эффективность. Ниобат лития, обладающий высокой стабильностью, сохраняет кристаллическую структуру и приобретает контролируемые дефекты, которые позволяют поглощать видимый свет и эффективно разделять заряды.
Новый катализатор на основе ниобата лития ускорил разложение красителя в 2,3 раза по сравнению с аморфным оксидом ниобия и позволил очистить раствор на 90% всего за 150 минут. Утверждается, что в будущем эту технологию могут распространить и использовать для очистки воды от широкого спектра органических загрязнителей.
Ранее Наука Mail сообщала, что пермские ученые разработали математическую модель, которая предсказывает поведение генов.
