В ТНЦ СО РАН создан фотокатализатор, способный за полчаса при видимом свете очистить сточные воды от метиленового синего

– Использование нового фотокатализатора имеет ряд преимуществ, по сравнению с традиционными технологиями. В их числе высокая скорость очистки, простота процесса, состоящего из одной стадии и не требующего применения многократных обработок и фильтраций. Этот метод экономически эффективен, ведь катализатор производится из доступного, недорогого сырья, а его основной компонент, ферросилиций, – это и вовсе один из промышленных отходов. Кроме того, фотокатализатор экологически безопасен, поскольку, в отличие от гомогенных систем Фентона, работает при нейтральных значениях рН и не приводит к образованию вторичных отходов в виде железного шлама, – отметила кандидат технических наук Ольга Крюкова, старший научный сотрудник лаборатории функциональных керамических материалов ТНЦ СО РАН.

Катализатор получают из порошков ферросилиция и шунгита, которые предварительно высушивают и смешивают в определенном соотношении. Полученную смесь засыпают в цилиндрическую газопроницаемую трубку, где подвергают азотированию при высоком давлении. Затем образец поджигают с помощью горючей смеси и молибденовой спирали, через которую пропускался электрический ток. Волна горения достигает температуры 2000°C в течение нескольких минут, распространяясь вниз по образцу. После остывания продукт синтеза представляет собой пористый спек, его последующее измельчение позволяет получить готовый фотокатализатор.

Очистка воды от синего красителя проводилась в лабораторной экспериментальной установке. В загрязненную воду добавлялись катализатор чуть более одного грамма на один литр, а также разбавленные щавелевая кислота (4 мл) и перекись водорода (4 мл). В заполненный жидкостью стеклянный сосуд погружался специальный стакан, внутри которого находилась лампа ультрафиолетового или более мягкого видимого света. Для поддержания катализатора во взвешенном состоянии суспензия перемешивалась с использованием магнитной мешалки.

– Высокая эффективность деградации метиленового синего обусловлена синергией компонентов композита и смешанной окислительной системой (перекиси водорода и щавелевой кислоты). Добавление перекиси водорода запускает цикл реакций Фентона, где ее разложение в присутствии железа приводит к образованию высокоактивных гидроксильных радикалов. Этот процесс усиливается введением щавелевой кислоты, способствующей формированию фотоактивных ферриоксалатных комплексов. Основной вклад в генерацию радикалов вносит циклическая регенерация пар двухвалентного и трехвалентного железа на поверхности катализатора, что значительно ускоряет фото-Фентон процесс, по сравнению с системами обычной фотоактивации, – поясняет Татьяна Татаринова, младший научный сотрудник лаборатории функциональных керамических материалов ТНЦ СО РАН.

Новый фотокатализатор полностью разлагает метиленовый синий за 30 минут при видимом свете и за час при УФ-излучении. Более того, его эффективность не ухудшается после нескольких циклов использования: железо перераспределяется по поверхности композитной матрицы, образуя новые активные центры, что обеспечивает самовосстановление катализатора в процессе его работы. В настоящее время ученые работают над масштабированием метода и разрабатывают установку для проточной очистки сточных вод с использованием нового фотокатализатора.

Источник: Новости ТНЦ СО РАН