Jak oczyścić wodę przy pomocy światła?

Nowy sposób oczyszczania wody z toksycznych związków opracowali naukowcy z Zespołu Nanotechnologii Polimerów i Biomateriałów (ZNPiB) Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego, kierowanego przez prof. Marię Nowakowską. Metoda - wykorzystująca nietoksyczne fotokatalizatory hybrydowe oparte na glinokrzemianach warstwowych - jest skuteczna, wydajna i bardziej ekologiczna od dotychczas stosowanych. Na razie metoda została opracowana i zweryfikowana w laboratoriach. Teraz badacze chcą sprawdzić, jak będzie działała w szerszej skali, np. w oczyszczalni ścieków. W tym celu szukają partnera biznesowego, który byłby zainteresowany współpracą, a w szczególności sfinansowałby to przedsięwzięcie. W poszukiwaniach wspiera ich Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu.

Ze względu na różnorodność zanieczyszczeń, wprowadzanych do środowiska - metale ciężkie, różnorodne związki organiczne (pestycydy, chlorowane związki aromatyczne, antybiotyki) i bakterie - bardzo trudno opracować uniwersalną i jednocześnie tanią metodę oczyszczania wody. Dotychczasowe sposoby oparte np. na osmozie, adsorpcji, ultrafiltracji, destylacji i fotoutlenianiu mają wiele ograniczeń - przede wszystkim energochłonność i niską wydajność.

Jak wyjaśnia PAP dr hab. Krzysztof Szczubiałka, który wraz z mgr Dominikiem Drozdem uczestniczył w pracach nad nową metodą, fotokatalizatory to substancje, które powodują, że związki niewrażliwe na światło ulegają różnym reakcjom chemicznym pod wpływem światła. Dzięki temu, związki te mogą ulec m.in. degradacji. "Fotokatalizator to swego rodzaju pośrednik, który powoduje, że substancja do tej pory nieczuła na światło, zaczyna na nie reagować" - tłumaczy.

Dodaje, że dzięki metodzie opracowanej na UJ szkodliwe substancje mogą się rozpadać pod wpływem światła słonecznego.

Do budowy fotokatalizatorów naukowcy z UJ wykorzystali szczególną grupę tzw. glinokrzemianów. "Chodzi o glinokrzemiany warstwowe, czyli takie, w których atomy są ułożone warstwami, np. montmorylonit. W pustych przestrzeniach pomiędzy warstwami można umieszczać cząsteczki związków organicznych absorbujące światło słoneczne. Odległość między warstwami atomów wynosi ok. 1-2 nanometrów (nanometr to jedna miliardowa metra - PAP)" - opisuje dr Szczubiałka.

Stosując glinokrzemiany otrzymano dwa typy fotokatalizatorów hybrydowych. "Do niektórych glinokrzemianów wprowadzamy między warstwy związki niskocząsteczkowe, które mogą umożliwiać reakcje fotochemiczne. W innych używamy polimerów, z przyłączonymi do ich łańcuchów grupami absorbującymi światło słoneczne. Polimery tę zaabsorbowaną energię słoneczną mogą przekazywać związkom, które pod jej wpływem ulegają np. degradacji" - tłumaczy naukowiec.

Wyjaśnia, że wnętrza między warstwami glinokrzemianowymi w fotokatalizatorach hybrydowych są hydrofobowe (odpychają od siebie cząsteczki wody - PAP) natomiast wchłaniają zanieczyszczające wodę związki organiczne. W wyniku reakcji fotochemicznej otrzymuje się związek o wiele mniej toksyczny, albo w ogóle nietoksyczny.

"Opracowane przez nas fotokatalizatory nie rozpuszczają się w wodzie, ale tworzą w niej zawiesinę. Ma to tę zaletę, że po przeprowadzeniu reakcji można je łatwo usunąć, albo same osiadają na dnie zbiorników" - tłumaczy badacz.

Pytany o pozostałe zalety nowej metody oczyszczania wody wskazuje na zdolność opracowanych fotokatalizatorów do absorbowania światła słonecznego (bez konieczności używania światła ultrafioletowego), dzięki czemu mogą one działać bez udziału człowieka w środowisku naturalnym.

"Poza tym fotokatalizatory hybrydowe nie są toksyczne. Do ich produkcji stosuje się nietoksyczne glinokrzemiany, które są głównym składnikiem glin. Do otrzymywania fotokatalizatorów hybrydowych można stosować polimery naturalne np. polisacharydy, takie jak skrobia, pochodne celulozy, lub chitozan" - zapewnia dr Szczubiałka.

Fotokatalizatorów hybrydowych można używać wszędzie tam, gdzie produkuje się ścieki zawierające toksyczne związki organiczne takie jak fenole czy barwniki stosowane w przemyśle tekstylnym, w zakładach produkujących odczynniki chemiczne oraz w szpitalach, które odprowadzają ścieki skażone farmaceutykami, a nawet do unieszkodliwiania niezwykle toksycznych cyjanków. "Wszędzie tam jest pole do działania dla naszych fotokatalizatorów" - zaznacza naukowiec

PAP - Nauka w Polsce , Ewelina Krajczyńska