http://www.ras.ru/news/shownews.aspx?id=581affdc-b9bb-445e-8906-e7f44d1963fe&print=1
© 2024 Российская академия наук
Красноярские учёные вместе с коллегами из Тайваня 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 опубликованы в журнале Applied Surface Science.
![Наночастицы помогут в очистке сточных вод от красителей 1-3.jpeg (jpeg, 25 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=e95a1b27-b488-4deb-8052-2ec7edbe70b5)
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 водоёмы приводит к нарушению естественных процессов самоочищения воды и ухудшению санитарного состояния водоёмов. 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.
Учёные из Красноярского научного центра СО РАН совместно с коллегами 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 всё 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», — рассказывает Оксана Иванова, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН.
![Наночастицы помогут в очистке сточных вод от красителей 2-3.jpeg (jpeg, 26 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=3bf7573c-26bc-49f7-81e0-edf9235b2c9c)
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 для улучшения их антибактериальных, адсорбционных, каталитических и фотокаталитических свойств.
«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», — объясняет Оксана Иванова.
Поскольку метод синтеза наночастиц играет важную роль в определении их характеристик, исследователи подошли к этому вопросу с особым вниманием. Наночастицы магнетита с серебром были получены с помощью модифицированного сольвотермического метода — помещения реагентов с растворителем в автоклав под высоким давлением и температурой. Этот метод применяется для синтеза новых соединений, поскольку многие вещества лучше растворяются в таких условиях. Учёные внесли изменения в процесс, применив поливинилпирролидон в синтезе, что позволило получить пористую поверхность наночастиц магнетита.
Наноструктуры 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 течении 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.
Следующей задачей было — определить способность новых частиц поглощать красители из воды. Анализ 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.
![Наночастицы помогут в очистке сточных вод от красителей 3-3.jpeg (jpeg, 21 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=ae5ee2e6-d3fb-49a1-ab8b-01c0efccd1e8)
«Эксплуатационные характеристики наночастиц сильно зависят от условий синтеза. Например, скорость и количество адсорбированного красителя зависела 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», — уточняет Оксана Иванова.
В исследовании также принимали участие специалисты из Национального университета Пиндун (Тайвань). Исследование поддержано Российским научным фондом (проект № 23-22-10025) и Красноярским краевым фондом науки.
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».
Источник: ИХХТ СО РАН.