Системы очистки сточных вод смогут самоочищаться | Популярный Университет

Системы очистки сточных вод смогут самоочищаться

Учёные из США и Китая разработали покрытие для мембраны, способное самоочищаться под действием солнечного света.

Химики из США и Китая разработали покрытие для мембраны, способное самоочищаться под действием солнечного света. Добиться этого удалось допированием диоксида титана TiO2 атомами азота. Исследование поможет разрабатывать самоочищающиеся системы очистки сточных вод. Работа опубликована в Advanced Functional Materials.

Различные пористые мембраны — ключевой компонент активно разрабатываемых технологий для очистки воды. У современных мембран есть большая проблема — их эффективность быстро снижается из-за загрязнения поверхности и пор. С этим пытаются бороться, например, используя различные защитные покрытия. Однако такой метод пассивной защиты не самый эффективный, поскольку покрытие разрушается после определённого количества циклов очистки поверхности.

Интерес представляют активные методы защиты — например, фотокаталитические. Можно покрыть мембрану каким-нибудь полупроводником, играющим роль фотокатализатора. Он поглощает свет, возбуждается и передаёт это электронное возбуждение на частицы загрязнителя. Протекающие электрохимические реакции способствуют разрушению этих частиц, что в конце концов приводит к очищению поверхности мембраны.

В качестве такого полупроводника отлично подходит диоксид титана TiO2 из-за своей стабильности, безопасности, низкой стоимости и биосовместимости. Ранее уже предлагались различные композитные материалы мембран с частицами диоксида титана, и они действительно проявляли способность самоочищаться под действием света. Однако проблема в том, что ширина запрещëнной зоны диоксида титана достаточно велика (3.2 эВ у структуры анатаза). Это значит, что для возбуждения TiO2 его необходимо облучать светом в УФ-диапазоне. Работа такого покрытия в видимом диапазоне была бы более предпочтительна, поскольку позволила бы использовать энергию солнечного света.

Учёные из США и Китая показали, что добиться этого можно допированием оксида титана атомами азота. Атомно-слоевым осаждением они нанесли на коммерческую мембрану (ZrO2/TiO2) слой чистого и допированного азотом диоксида титана (N-TiO2).

Три мембраны — непокрытую ничем, покрытую чистым TiO2 и покрытую N-TiO2 — протестировали на фотокаталитическую активность. Их специально выдерживали в растворе типичного красителя — метилоранжа — и облучали искусственным солнечным светом с УФ-фильтром и без него. За разрушением красителя следили по изменению поглощения мембраной света характерной для метилоранжа длины волны. Оказалось, что фотокаталитическая активность (с УФ-фильтром, то есть под действием видимого света) N-TiO2 ощутимо выше, чем для чистого оксида титана — в два раза при облучении в течение двух часов. Также мембрана с N-TiO2 показала способность самоочищаться и восстанавливать свою эффективность при облучении светом, после загрязнения бычьим сывороточным альбумином и альгинатом натрия.

Подобная технология поможет разработке более эффективных мембран для очистки сточных вод и специальной подготовки воды.

Автор: Максим Мазурин
Редактор: Анастасия Воротникова

Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: