Чистая питьевая вода является основным правом человека, но для миллиардов людей по всему миру она остается недоступной. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения за 2022 год, 2,2 миллиарда человек не имеют доступа к безопасной питьевой воде. Некоторые исследования утверждают, что реальная цифра может быть почти вдвое выше. Промышленные загрязнители, химические вещества и микропластик продолжают проникать в источники воды, даже в развитых странах. Это несет серьезные риски для здоровья людей и окружающей среды. Однако недавнее исследование ученых из Университета штата Огайо может стать настоящим прорывом в решении этой проблемы.
Превращение солнечного света в чистую воду
Исследователи разработали уникальный материал, который с помощью солнечного света способен удалять опасные загрязнители из воды. Используя сочетание мягкой химии и метода электроформования – технологии, при которой электрический заряд превращает жидкость в тончайшие волокна, – команда создала ультратонкие полоски диоксида титана (TiO₂).
Этот материал уже широко применяется в солнечных батареях, газовых сенсорах и самоочищающихся покрытиях. Однако ученые усовершенствовали его свойства, сделав его более эффективным.
Преодоление ограничений традиционных систем
Диоксид титана обладает большим потенциалом для использования в системах солнечной очистки. Однако обычно он поглощает только ультрафиолетовое излучение, что ограничивает его эффективность и усложняет очистку воды.
Решение исследователей заключалось в добавлении меди в структуру материала. В результате получились так называемые наноматы – новые структуры, которые поглощают больше солнечного света и эффективно разрушают загрязняющие вещества в воздухе и воде.
«До сих пор не существовало простого способа создать нечто вроде "одеяла", которое можно просто разместить на поверхности воды и начать процесс очистки, – отметила ведущий автор исследования Пелагия-Ирен Гума, профессор материаловедения и инженерии Университета штата Огайо. – Но нам удалось разработать такие структуры и доказать их работоспособность».
Суперэффективный процесс очистки
При поглощении света TiO₂ образует электроны, которые вступают в реакцию с водой и разрушают загрязнители. Добавление меди значительно усиливает этот процесс. Команда ученых провела детальное изучение свойств наноматов и пришла к неожиданному выводу: новый материал превосходит традиционные солнечные батареи по уровню выработки энергии при естественном солнечном освещении.
«Эти наноматы можно использовать и как источник энергии, и как средство очистки воды», – пояснила Гума. «В обоих случаях катализатор демонстрирует самую высокую эффективность, которая была зафиксирована на сегодняшний день».
Практическое применение
Легкие, многоразовые и простые в использовании, эти наноматы могут плавать на поверхности любого водоема, очищая его от загрязнений. Они обладают огромным потенциалом для очистки промышленных стоков в развивающихся странах. Загрязненные реки и озера могут превратиться в источники безопасной питьевой воды.
Кроме того, наноматы не выделяют токсичных побочных продуктов, что делает их экологически безопасными. «Это абсолютно безопасный материал, он не причиняет вреда окружающей среде и максимально чист», – подчеркнула Гума.
На следующем этапе исследования ученые планируют усовершенствовать разработанный материал и расширить его возможности. «Этот материал представляет собой совершенно новую форму нанотехнологий, – отметила профессор. – Это действительно впечатляющее открытие, и мы очень рады его перспективам».
Исследование опубликовано в журнале Advanced Science.
