Ученые научно-исследовательской лаборатории «Высокоэнтропийные материалы» ЮУрГУ занимаются разработкой катализаторов, позволяющих быстро очищать сточные воды от промышленных загрязнений фотохимическим способом. Работа проводится в рамках стратегического проекта «Фундаментальные основы синтеза и эксплуатации перспективных материалов» по программе «Приоритет-2030», которая призвана решить задачи национального проекта «Наука и университеты».
Сейчас существует множество разнообразных методов очистки выбросов и сбросов промышленных предприятий от загрязняющих веществ, но все они обладают своими недостатками. Присутствие в сточных водах ионов тяжёлых металлов и органических веществ (продукты нефтепереработки, красители, лекарства) – острая, нерешённая до конца проблема промышленного загрязнения.
Одним из путей решения этой проблемы может стать фотохимическая обработка сточных вод. Предполагается, что под действием солнечного света или иного источника излучения, вредные вещества, присутствующие в воде, превратятся в менее вредные или практически безвредные. Такие процессы протекают и без использования дополнительных веществ, но с недостаточной скоростью. Перед учеными ЮУрГУ стоит задача ускорения фотохимических процессов обезвреживания загрязнителей, для чего нужны специальные вещества – катализаторы.
Подход, используемый научными сотрудниками ЮУрГУ, основан на применении в качестве фотокатализаторов высокоэнтропийных оксидов. Это оксиды, в кристаллической решетке которых атомы пяти разных металлов, присутствующих в составе вещества в одинаковых или близких к этому количествах, случайным образом чередуются на позициях решетки. Такая особенность строения приводит к существенному искажению кристаллической структуры и появлению на поверхности нанокристаллов оксида разнообразных активных центров, на которых реализуется каталитическая реакция.
«К числу тяжелых металлов-загрязнителей могут относиться такие токсичные элементы, как хром, свинец, никель и другие. Для того чтобы избавиться от них, разработан катализатор на основе высокоэнтропийного оксида (CeGdSmYZr)O2, который, к примеру, позволяет за пару часов в разы понизить концентрацию в воде чрезвычайно токсичных ионов шестивалентного хрома за счёт их превращения в гораздо менее вредные ионы с зарядом 3+. А для очистки воды от органических примесей оказалось эффективным другое полученное вещество – (CeGdHfPrZr)O2. Полученные результаты демонстрируют перспективность работ в этом направлении», – говорит руководитель этого направления работ лаборатории, PhD, старший научный сотрудник ЮУрГУ Анандкумар Мариаппан.
Параллельно с синтезом и исследованием самих каталитических фаз в лаборатории решается задача фиксации катализатора в той или иной удобной форме, позволяющей быстро извлекать катализатор из воды, очищать его, восстанавливать и вновь возвращать в процесс обработки воды. Решение такой задачи обеспечит внедрение и широкое использование разработанных катализаторов на предприятиях, занимающихся водоочисткой и водоподготовкой.
Южно-Уральский государственный университет – это университет трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В 2021 году ЮУрГУ победил в конкурсе по программе «Приоритет-2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ), который призван решить задачи национального проекта «Наука и университеты».
Проект реализуется в рамках нацпроекта «Наука и университеты».
Читайте нас: