Разработаны инновационные мембраны для бесконтактной очистки воды
Ученые Дагестанского государственного университета (ДГУ) совместно с коллегами из России и Чехии разработали пористые композитные мембраны, которые разлагают стойкие органические загрязнители в воде под воздействием ультразвука и переменного магнитного поля. Результаты открывают пути для создания новых энергоэффективных систем водоочистки.
В основе разработки — композитные мембраны на основе фторполимера и наночастиц гексаферрита бария. Главное достоинство материала — он активируется без прямого механического контакта и без использования света. Под воздействием ультразвука мембрана работает в режиме пьезокатализа, генерируя мощнейшие окислители — гидроксильные радикалы, которые безопасно разлагают токсичные вещества на безвредные компоненты. Степень очистки воды при таком методе достигает 96 % за 60 минут.
Исследователи отмечают, что эффект магнитно-индуцированного пьезокатализа на мембранах данного типа был продемонстрирован впервые в мире. Под воздействием переменного магнитного поля магнитные частицы внутри мембраны создают локальные микродеформации, которые эффективно передаются полимерной матрице и генерируют внутренние электрические поля, разрушающие загрязнения. При этом разработанные мембраны обладают высокой механической стабильностью и способны работать в многоразовых циклах без потери своих свойств.
Особо авторы подчеркивают возможность запуска каталитических процессов с использованием низкочастотного переменного магнитного поля.
«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. Низкочастотное магнитное поле вызывает микродеформации магниточувствительных частиц внутри мембраны, которые передаются пьезоэлектрической полимерной матрице и приводят к генерации внутренних электрических полей. В результате запускаются окислительно-восстановительные процессы, обеспечивающие разрушение загрязнителей без прямого контакта, без света и без применения сложных высокочастотных систем», — рассказал руководитель исследования, заведующий лабораторией «Smart materials» ДГУ, кандидат химических наук Фарид Оруджев.
Но оценкам ученых, представленная технология может лечь в основу создания компактных фильтров для очистки промышленных стоков, систем автономной водоочистки, активируемых удаленно с помощью физических полей, а также новых типов пьезоэлектрических генераторов энергии.