27.06.2024 г.
Наночастицы помогут очистить сточные воды от красителей

Российские ученые совместно с иностранными коллегами синтезировали наночастицы магнетита с серебром, способные эффективно поглощать органические красители из воды. После поглощения загрязняющих веществ наночастицы легко извлекаются из воды с помощью магнитного поля. После чего их можно обработать для повторного использования. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Applied Surface Science, сообщает пресс-служба Красноярского научного центра СО РАН.

Органические красители являются неотъемлемой частью жизни, они используются в различных отраслях промышленности и придают изделиям яркий и насыщенный цвет. Попадая в сточные воды, они оказывают негативное влияние на окружающую среду и водные экосистемы. Сброс неочищенных сточных вод в природные водоемы нарушает естественные процессы самоочищения воды и ухудшает санитарное состояние водоемов. Большинство органических красителей, обладая прекрасной растворимостью в воде, не поддаются традиционным методам очистки и биологическому разложению, поэтому они представляют серьезную угрозу для окружающей среды даже при низких концентрациях.

Российские и зарубежные ученые синтезировали наночастицы магнетита с серебром и исследовали их структуру и магнитные свойства, а также возможность поглощать или разрушать органические красители в воде.

«Исследования методов очистки воды и поиск новых возможностей все более востребованы. Актуальной становится тенденция к очистке воды с использованием магнитных наночастиц. Огромным преимуществом магнитных наночастиц является возможность их удаления из очищаемой жидкости с помощью магнитного поля и многократного последующего использования», — рассказала Оксана Иванова, научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского СО РАН.

Основным магнитным материалом, который используется в качестве поглотителя загрязняющих веществ в жидкостях, считается магнетит. Он обладает хорошими магнитными свойствами, прост в получении, легко поддается модификации и нетоксичен. Ученые решили модифицировать наночастицы серебром, чтобы улучшить их антибактериальные, адсорбционные, каталитические и фотокаталитические свойства.

«Сочетание магнетита и серебра в наночастицах придает им особые свойства, поскольку серебро обладает высокой каталитической активностью, а магнетит характеризуется большим магнитным моментом. Это позволяет легко манипулировать частицами с помощью магнитного поля бесконтактным способом в самых разнообразных средах», — объяснила Оксана Иванова.

Ученые получили наночастицы магнетита с серебром с помощью модифицированного сольвотермического метода, то есть они поместили реагенты с растворителем в автоклав под высоким давлением и температурой. Этот метод применяется для синтеза новых соединений, поскольку многие вещества лучше растворяются в таких условиях. Ученые изменили процесс, применив поливинилпирролидон в синтезе, что позволило получить пористую поверхность наночастиц магнетита.

Наноструктуры исследователи выдерживали в автоклаве несколько часов при температуре 200 °С. За это время наночастицы магнетита превращались в нанокристаллы и собирались в глобулы с ядром из серебра. При этом термическая обработка в течение шести часов обеспечивала более пористые образования с большим количеством адсорбционных центров на поверхности наночастиц. Увеличение времени термической обработки приводило к «заращиванию» пор. Исследователи отметили у разработанных материалов высокую намагниченность и низкую коэрцитивную силу. Благодаря этим способностям разработанные наночастицы можно легко удалять из жидкости с помощью магнитного поля. Эти параметры идеально подходят для использования частиц в качестве адсорбентов загрязняющих веществ из жидкой среды.

Затем ученые определили способность новых частиц поглощать красители из воды. Анализ химики проводили на органических красителях — конго красном и метиленовом синем. Высокопористые наночастицы практически мгновенно поглощали синий краситель. Специалисты также отметили возможность регенерации наночастиц для их повторного использования после контакта с красителями. Очистка поверхности наночастиц после адсорбции красителей проводилась простой промывкой в этиловом спирте.

«Эксплуатационные характеристики наночастиц сильно зависят от условий синтеза. Например, скорость и количество адсорбированного красителя зависели от условий синтеза наночастиц и полученной формы, а каталитическая способность определялась составом частиц. Наш подход обладает существенными преимуществами по сравнению с существующими методами адсорбции, поскольку он не требует дополнительной обработки поверхности наночастиц и добавления растворителей. Синтезированная система наночастиц продемонстрировала более высокую каталитическую активность в разложении конго красного и метилооранжевого красителей по сравнению с известными в литературе результатами», — подытожила Оксана Иванова.

https://inscience.news/ru/article/russian-science/nanochastici-pomogut-ochistit-stochnye-vody-ot-kra