Китайские химики создали дешевый электрокатализатор для очистки воды от «вечных» токсинов
Ученые под руководством профессора Сюна Юйцзе разработали керамический катализатор, который удаляет более 92% стойких загрязнителей при напряжении всего 2 вольта. Устройство работает свыше 5 тысяч часов без потери эффективности.
Глобальная экологическая проблема, десятилетиями остававшаяся без эффективного решения, получила новый технологический ответ. Группа китайских химиков под руководством профессора Анхойского педагогического университета Сюна Юйцзе разработала долговечный электрохимический катализатор, способный удалять более 92% самых распространенных загрязнителей из воды. Как пишут ученые в статье в журнале Nature Sustainability, разработка требует очень небольшого количества энергии и может быть интегрирована в системы промышленной водоочистки.
Речь идет о борьбе с так называемыми «вечными химикатами» — перфторированными органическими соединениями, антибиотиками и другими веществами, которые почти не разлагаются в природе. Они накапливаются в окружающей среде, вызывают сбои в работе гормональных систем людей и животных и в ряде случаев способствуют развитию рака.
«Существующие системы электрохимического окисления загрязнителей обладают высокой эффективностью, однако для их работы требуются внешние источники электролита, и при этом они плохо масштабируются и потребляют большое количество энергии, — отмечают авторы разработки. — Созданный нами катализатор работает при напряжении всего в два вольта, при этом он способен удалять более 92% загрязнителей на протяжении более 5 тысяч часов работы».
В основе технологии — керамическая мембрана из оксида титана и набор газодиффузионных электродов. Они заставляют воду соединяться с кислородом, образуя гидроксил-радикалы (OH) и молекулы гидропироксила (HO2) — чрезвычайно агрессивные окислители. Их взаимодействие с «вечными» химикатами приводит к быстрому разрушению токсинов без образования опасных побочных продуктов.
Ученым удалось подобрать такую структуру и химические свойства электродов, при которых вода активно превращается в оксиданты при приложении очень небольших напряжений — порядка двух вольт. Тесты показали, что каждый квадратный метр катализатора обрабатывает почти два литра воды за час и работает больше месяца без снижения эффективности.
В качестве практической демонстрации исследователи создали модель промышленной системы водоочистки. Они обработали образцы воды, содержащие антибиотик левофлоксацин, искусственный аналог эстрогена и другие «вечные» химикаты, а также реальные пробы сточных вод из больниц. Во всех случаях катализатор удалил более 92% загрязнителей.