Revoluce v čištění vod: Nová mechanická metoda využívá slunce k rozkladu toxických barviv bez chemie

Vědci z Birminghamské univerzity představili průlomovou mechanickou metodu, která umožňuje rozkládat toxické znečišťující látky v odpadních vodách.

Vědci z Birminghamské univerzity představili průlomovou mechanickou metodu, která umožňuje rozkládat toxické znečišťující látky v odpadních vodách. Tato inovativní technika využívá sluneční světlo a speciální molekulárně tenké katalyzátory, které jsou vytvářeny unikátním mechanickým přístupem.

Neodbouratelná barviva pocházející z průmyslových odvětví, jako je textilní, kosmetický, potravinářský, farmaceutický a tiskařský průmysl, patří mezi nejvýznamnější zdroje průmyslového znečištění. Pokud nejsou tyto látky řádně ošetřeny, šíří se v půdě i ve vodě a představují vážné riziko pro lidské zdraví a životní prostředí. Jen textilní barviva jsou druhým největším přispěvatelem k celosvětovému znečištění vody. Kromě kontaminace pitné vody mohou narušovat ekosystémy, snižovat fotosyntézu u sladkovodních a mořských rostlin a měnit životní cyly ryb a dalších vodních živočichů. Většina průmyslových odvětví sice používá kombinaci technik k odstranění těchto chemikálií z odpadních vod, ale problém znečištěné vody přetrvává. Fotokatalýza, která využívá světlem aktivovaný katalyzátor k urychlení rozkladu, se ukázala jako slibná udržitelná metoda pro rozklad těchto škodlivých znečišťujících látek. Nicméně velkovýroba vhodných katalyzátorů, které by mohly být aktivovány slunečním světlem, se ukázala jako náročná a současné metody navíc často používají toxická rozpouštědla, což vytváří další odpadní tok.

Tým pod vedením Dr. Jasona Stafforda z Katedry strojního inženýrství ve spolupráci s odborníky na analytickou chemii a biologické vědy demonstroval, že katalyzátory vyrobené novou, vodou založenou mechanickou metodou dokážou rozkládat znečišťující látky, včetně těch, které obsahují obtížně rozložitelné vazby uhlík-fluor, jež se vyskytují v mnoha zdrojích perzistentního znečištění. Metoda využívá vysokointenzivní turbulentní smykové napětí k exfoliaci molekulárně tenkých vrstev materiálu a jejich sestavování do heterostruktur, které jsou tvořeny dvěma polovodičovými materiály s na míru šitými fotoelektronickými vlastnostmi. Výzkum ukázal, že tato technika může výrazně zvýšit fotokatalytický výkon za méně než 90 minut, a to bez použití toxických chemikálií.

Jako suroviny pro výrobu katalyzátorů byly zvoleny grafitický nitrid uhlíku (g-C3N4) a disulfid molybdenu (MoS2). Tyto sloučeniny jsou známé svou citlivostí na viditelné světlo, vysokou stabilitou a nízkými náklady, což je činí ideálními pro přeměnu solární energie na chemickou. Vyrobené katalyzátory obsahují ultratenké vrstvy suroviny a vytváření atomových hran, čímž se zvyšuje povrchová plocha, na které probíhá chemická rozkladná reakce, a zároveň se zachovává elektronická struktura materiálu a udržuje se tvorba a transport náboje, což je pro funkci katalyzátoru nezbytné. Účinnost katalyzátorů byla testována pomocí indigokarmínu, rhodaminu B a kyselé červeně 266 jako „modelových znečišťujících látek“. Všechny tři jsou syntetické chemikálie používané při barvení textilu, v průmyslových procesech nebo v biotechnologickém výzkumu a kyselá červeň 266 obsahuje vazby uhlík-fluor. Studie prokázala, že tyto udržitelně vyrobené 2D katalyzátory zvýšily účinnost degradace modelových znečišťujících látek až 2,5krát ve srovnání s běžnými surovinami. Proces navíc rychle dosahuje těchto úrovní výkonu již po 10 minutách mechanického zpracování.