Российские ученые разработали мембраны для бесконтактной очистки воды
Новые мембраны разлагают стойкие органические загрязнители под действием ультразвука и слабого переменного магнитного поля. Технология может стать основой для компактных и энергоэффективных систем водоочистки.
Источник: Минобрнауки РФ.
МОСКВА, 22 июня. /Новости науки/. Ученые Дагестанского государственного университета совместно с коллегами из России и Чехии разработали пористые композитные мембраны, которые очищают воду без прямого контакта, света и сложного высокочастотного оборудования, говорится в сообщении Минобрнауки РФ.
В основе разработки лежат мембраны из фторполимера и наночастиц гексаферрита бария. Такой материал активируется под действием физических полей. При ультразвуковом воздействии мембрана работает как пьезокатализатор. Она создает гидроксильные радикалы — активные частицы, которые разрушают токсичные органические загрязнители до более безопасных компонентов.
По данным исследователей, степень очистки воды при таком подходе достигает 96% за 60 минут. При этом мембраны сохраняют механическую стабильность и могут работать в повторных циклах без потери свойств.
Авторы также впервые в мире показали для мембран такого типа эффект магнитно-индуцированного пьезокатализа. Это значит, что материал можно запускать не только ультразвуком, но и переменным магнитным полем. Магнитные частицы внутри мембраны при этом создают локальные микродеформации. Они передаются полимерной матрице и вызывают внутренние электрические поля, которые запускают разрушение загрязнителей.
Особенность работы в том, что ученые использовали низкочастотное переменное магнитное поле. Его частота составляла всего несколько герц. Обычно в магнитокатализе применяют поля в килогерцовом диапазоне и выше, что требует больше энергии и более сложного оборудования.
«В последние годы во всем мире активно развивается направление магнитокатализа и магнитно-индуцированных каталитических процессов. Однако большинство подобных работ основано на использовании высокочастотных электромагнитных полей в диапазоне килогерц и выше, что требует значительных энергетических затрат и специализированного оборудования. В нашем исследовании мы показали, что эффективная деградация органических загрязнителей возможна под действием переменного магнитного поля с частотой всего несколько герц. Это принципиально иной подход», — рассказал руководитель исследования, заведующий лабораторией Smart materials ДГУ, кандидат химических наук Фарид Оруджев.
По его словам, низкочастотное магнитное поле вызывает микродеформации магниточувствительных частиц внутри мембраны. Эти деформации передаются пьезоэлектрической полимерной матрице и приводят к появлению внутренних электрических полей. В результате запускаются окислительно-восстановительные процессы, которые разрушают загрязнители без прямого контакта, света и сложных высокочастотных систем.
По оценкам ученых, технология может лечь в основу компактных фильтров для очистки промышленных стоков и автономных систем водоочистки, которые можно запускать удаленно с помощью физических полей. Разработка также может быть полезна при создании новых типов пьезоэлектрических генераторов энергии.
В основе разработки лежат мембраны из фторполимера и наночастиц гексаферрита бария. Такой материал активируется под действием физических полей. При ультразвуковом воздействии мембрана работает как пьезокатализатор. Она создает гидроксильные радикалы — активные частицы, которые разрушают токсичные органические загрязнители до более безопасных компонентов.
По данным исследователей, степень очистки воды при таком подходе достигает 96% за 60 минут. При этом мембраны сохраняют механическую стабильность и могут работать в повторных циклах без потери свойств.
Авторы также впервые в мире показали для мембран такого типа эффект магнитно-индуцированного пьезокатализа. Это значит, что материал можно запускать не только ультразвуком, но и переменным магнитным полем. Магнитные частицы внутри мембраны при этом создают локальные микродеформации. Они передаются полимерной матрице и вызывают внутренние электрические поля, которые запускают разрушение загрязнителей.
Особенность работы в том, что ученые использовали низкочастотное переменное магнитное поле. Его частота составляла всего несколько герц. Обычно в магнитокатализе применяют поля в килогерцовом диапазоне и выше, что требует больше энергии и более сложного оборудования.
«В последние годы во всем мире активно развивается направление магнитокатализа и магнитно-индуцированных каталитических процессов. Однако большинство подобных работ основано на использовании высокочастотных электромагнитных полей в диапазоне килогерц и выше, что требует значительных энергетических затрат и специализированного оборудования. В нашем исследовании мы показали, что эффективная деградация органических загрязнителей возможна под действием переменного магнитного поля с частотой всего несколько герц. Это принципиально иной подход», — рассказал руководитель исследования, заведующий лабораторией Smart materials ДГУ, кандидат химических наук Фарид Оруджев.
По его словам, низкочастотное магнитное поле вызывает микродеформации магниточувствительных частиц внутри мембраны. Эти деформации передаются пьезоэлектрической полимерной матрице и приводят к появлению внутренних электрических полей. В результате запускаются окислительно-восстановительные процессы, которые разрушают загрязнители без прямого контакта, света и сложных высокочастотных систем.
По оценкам ученых, технология может лечь в основу компактных фильтров для очистки промышленных стоков и автономных систем водоочистки, которые можно запускать удаленно с помощью физических полей. Разработка также может быть полезна при создании новых типов пьезоэлектрических генераторов энергии.
