🚨🆕 🌊 Учёные лаборатории биоэлектрохимии #ИФХЭ РАН совместно с коллегами из МГУ, ИОНХ РАН, ИНЭОС РАН и Томского политеха нашли способ заставить одни загрязнители воды ускорять разложение других
ℹ️ Реальные сточные воды всегда представляют собой смесь. Гидрофильные красители и гидрофобные соединения вроде пестицидов или лекарств попадают в воду вместе, но современные фотокатализаторы работают только с теми, кто растворяется в воде. Гидрофобные загрязнители остаются в стороне, и катализатор их просто не видит.
Исследователи нашли решение в эмульсиях Пикеринга. Это капли масла в воде, стабилизированные твёрдыми частицами. Если частицы ещё и поглощают свет, катализатор оказывается ровно на границе между водой и маслом, там, где встречаются оба типа загрязнителей. Учёные сравнили две системы на основе чистого нитрида углерода (g-C₃N₄) и его композита с оксидом графена (GO).
🤯🧪Результат оказался неожиданным. В системе с чистым нитридом углерода работала обычная конкуренция. Два красителя, флуоресцеин и Судан IV, мешали друг другу, и оба разлагались медленнее, чем по отдельности. Но когда добавили оксид графена, кинетика перевернулась. Флуоресцеин в смеси стал разлагаться на 40% быстрее, чем в одиночку, а Судан IV на 70% медленнее.
Ключевой момент состоит в том, что ускорение работало только когда в системе были оба красителя. Нитрид углерода или оксид графена по отдельности такого эффекта не давали. Это значит, что предсказывать поведение смеси по данным для отдельных веществ нельзя.
🔬 📊 Механизм подтвердили серией экспериментов. Измерили генерацию активных форм кислорода, проверили роль дырок и супероксида с помощью ловушек, а продукты распада идентифицировали методом MALDI-TOF и газовой хромато-масс-спектрометрии. Отдельно проверили, что система работает и с антибиотиком тетрациклином, не только с красителями.
Работа опубликована в журнале 📕
Applied Surface Science, 2027, 15 February.
#ИФХЭ новости
ℹ️ Реальные сточные воды всегда представляют собой смесь. Гидрофильные красители и гидрофобные соединения вроде пестицидов или лекарств попадают в воду вместе, но современные фотокатализаторы работают только с теми, кто растворяется в воде. Гидрофобные загрязнители остаются в стороне, и катализатор их просто не видит.
Исследователи нашли решение в эмульсиях Пикеринга. Это капли масла в воде, стабилизированные твёрдыми частицами. Если частицы ещё и поглощают свет, катализатор оказывается ровно на границе между водой и маслом, там, где встречаются оба типа загрязнителей. Учёные сравнили две системы на основе чистого нитрида углерода (g-C₃N₄) и его композита с оксидом графена (GO).
🤯🧪Результат оказался неожиданным. В системе с чистым нитридом углерода работала обычная конкуренция. Два красителя, флуоресцеин и Судан IV, мешали друг другу, и оба разлагались медленнее, чем по отдельности. Но когда добавили оксид графена, кинетика перевернулась. Флуоресцеин в смеси стал разлагаться на 40% быстрее, чем в одиночку, а Судан IV на 70% медленнее.
💬 «Оказалось, что продукты распада гидрофобного красителя работают как ловушки для дырок, — объясняет д.х.н., г.н.с. лаборатории биоэлектрохимии #ИФХЭ РАН Мария Александровна Калинина. — Они увеличивают время жизни электронов, а те восстанавливают кислород до перекиси водорода. Эта перекись окисляет гидрофильный краситель, который сидит рядом на интерфейсе. То есть один загрязнитель буквально помогает разлагать другой».
Ключевой момент состоит в том, что ускорение работало только когда в системе были оба красителя. Нитрид углерода или оксид графена по отдельности такого эффекта не давали. Это значит, что предсказывать поведение смеси по данным для отдельных веществ нельзя.
💬«Для очистки реальных стоков это важно, — продолжает Мария Александровна. — Катализаторы обычно испытывают на разных красителях по отдельности, каждый в своём растворе. В жизни всё иначе. Гидрофильные и гидрофобные загрязнители попадают в воду одновременно, и эмульсии, то есть капли масла в воде, гораздо ближе к такой ситуации. Наша работа показывает, что интерфейс можно спроектировать так, чтобы продукты распада одного загрязнителя ускоряли удаление другого. Причём смесь этих двух частиц не требует дополнительной фотосенсибилизации, а именно такие добавки обычно и создают проблему, потому что сами деградируют на фрагменты с разной токсичностью. Здесь же работает кооперативная пара неорганических наночастиц без дополнительных синтетических помощников. Нитрид углерода и оксид графена не содержат металлов, нетоксичны, дешевы и не оставляют после себя опасных отходов».
🔬 📊 Механизм подтвердили серией экспериментов. Измерили генерацию активных форм кислорода, проверили роль дырок и супероксида с помощью ловушек, а продукты распада идентифицировали методом MALDI-TOF и газовой хромато-масс-спектрометрии. Отдельно проверили, что система работает и с антибиотиком тетрациклином, не только с красителями.
Работа опубликована в журнале 📕
Applied Surface Science, 2027, 15 February.
#ИФХЭ новости