Ученые Томского политеха в составе научного коллектива синтезировали нанокомпозит для очистки воды от загрязнителей. По словам авторов, новый магнитный материал хорошо адсорбирует ионы тяжелых металлов, а также органические красители и микроорганизмы. В экспериментах по очистке водного раствора от ионов мышьяка за минуту был адсорбирован 81% загрязнителя. Результаты опубликованы в Nano-Structures & Nano-Objects.
Как объяснил один из авторов исследования, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета (ТПУ) Роман Сурменев, нанокомпозит — это совокупность двух и более материалов, размеры которого могут достигать 100 нанометров. Он был получен путем выращивания наночастиц магнетита (оксида железа Fe3O4) на поверхности двумерного материала — оксида графена, ранее синтезированного в вузе.
Использование оксида графена в составе нанокомпозита приводит к многократному увеличению площади поверхности материала, что позволяет адсорбировать большее количество загрязнителя на поверхности нанокомпозита. Магнетит хорошо адсорбирует ионы тяжелых металлов, а восстановленный оксид графена – органические красители и биологические объекты.
По словам Сурменева, магнетит обеспечивает материалу магнитные свойства, а восстановленный оксид графена увеличивает его эффективную поверхность, а также улучшает электрофизические характеристики. Такие свойства делают синтезированный нанокомпозит перспективным не только для фильтрации жидкостей, но и для применения в микроэлектронике.
Ученые экспериментально проверили эффективность удаления из водного раствора ионов мышьяка As (III). Зафиксированная скорость адсорбции ионов составила 81% за одну минуту, что превосходит значения, представленные в известных авторам научных источниках.
"Нами впервые была определена точка насыщения количества фазово-чистых наночастиц Fe3O4 на поверхности восстановленного оксида графена (ВОГ), когда происходит рост наночастиц магнетита, а не другого оксида железа", — рассказал Сурменев.
Сейчас группа ученых ТПУ занимается динамическими сорбционными исследованиями нанокомпозита для оптимизации его использования в процессах фильтрации, аналогичных тем, которые применяются в бытовых фильтрах для очистки воды.
В работе принимали участие ученые нескольких научных учреждений: Центра физического материаловедения и композитных материалов, Центра Пьезо- и магнитоэлектрических материалов Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета, Института катализа им. Борескова СО РАН, СибГМУ, УрФУ.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования, Российского научного фонда и администрации Томской области. ТПУ участник программы "Приоритет-2030" российского национального проекта "Наука и университеты".