Новая каталитическая мембрана для очистки сточных вод от фенольных загрязнителей

Исследователи Гонконгского баптистского университета разработали каталитическую мембрану, способную повысить эффективность очистки сточных вод от фенольных загрязнителей. Новая технология объединяет активацию молекулярного кислорода и разрушение органических соединений в рамках одного процесса.

Фенольные соединения относятся к распространённым органическим загрязнителям. Они могут попадать в сточные воды предприятий нефтеперерабатывающей, нефтехимической, фармацевтической, текстильной, кожевенной, целлюлозно-бумажной и лакокрасочной промышленности. Эти вещества способны длительное время сохраняться в окружающей среде и представлять угрозу для рек, озёр, водохранилищ и источников питьевой воды.

Традиционное удаление фенольных соединений часто связано с применением опасных химических веществ или энергоёмких процессов. Разработанная мембрана использует усовершенствованный процесс глубокого окисления и позволяет получать активные формы кислорода без внешнего источника энергии, создавая новые возможности для очистки загрязнённой воды.

Исследовательская группа, разработавшая каталитическую мембрану NGCF-OV для разрушения фенольных загрязнителей в сточных водах.

Заполните форму для получения консультации специалиста по водоподготовке

Ваше имя:

E-mail

Сообщение

Я подтверждаю согласие на обработку своих персональных данных.

Поставьте галку

Почему фенольные загрязнители необходимо удалять из воды

Фенольные соединения образуют крупную группу органических загрязнителей, способных отрицательно воздействовать на человека, животных, морские организмы и сельскохозяйственное производство. Источниками таких веществ могут быть нефтеперерабатывающие предприятия, угольная промышленность, производство лекарственных препаратов, текстиля, кожи, смол, бумаги, красок и продукции деревообработки.

Попадая в сточные воды, фенольные соединения могут сохраняться в окружающей среде и распространяться по природным водоёмам. Сложность их удаления заключается в устойчивости этих веществ и необходимости применять дополнительные химические реагенты или процессы с высоким энергопотреблением. Поэтому исследователи ищут способы, позволяющие разрушать загрязнители быстрее и с меньшими затратами ресурсов.

Использование процессов глубокого окисления

В основе новой технологии лежат процессы глубокого окисления. При их использовании окислители активируются и превращаются в активные формы кислорода, способные разрушать содержащиеся в сточной воде органические загрязнители. Особенно эффективным при воздействии на фенольные соединения считается синглетный кислород — возбуждённое состояние молекулярного кислорода, обладающее высокой реакционной способностью.

Однако традиционное получение активных форм кислорода обычно требует значительных энергетических затрат или применения сильных окислителей. Дополнительными трудностями становятся низкая растворимость молекулярного кислорода в воде и водная плёнка, которая препятствует непосредственному взаимодействию загрязняющих веществ с поверхностью катализатора.

Устройство новой каталитической мембраны

Для преодоления этих ограничений исследовательская группа под руководством профессора Чжао Цзюня разработала каталитическую мембрану NGCF-OV. Она изготовлена из композитного материала, объединяющего восстановленный оксид графена, легированный азотом, и феррит кобальта. Такое сочетание позволяет эффективнее активировать молекулярный кислород и преобразовывать его в синглетный кислород.

Мембрана одновременно выполняет несколько функций. Она способствует образованию активных форм кислорода и удерживает органические загрязнители рядом со своей поверхностью. Благодаря этому уменьшается расстояние между синглетным кислородом и фенольными соединениями, а водная плёнка меньше препятствует протеканию реакции.

Как работает мембрана

В структуре материала находятся особые участки, которые изменяют длину связи между двумя атомами в молекуле кислорода. Это ускоряет перенос электронов и способствует более быстрому образованию синглетного кислорода без внешнего источника энергии и дополнительных каталитических веществ.

Расположенные рядом графитовые азотные участки удерживают органические соединения у поверхности мембраны. В результате активный кислород образуется непосредственно рядом с загрязнителями и используется более эффективно. Объединение активации кислорода и разрушения загрязняющих веществ внутри одной мембраны позволяет ускорить химическую реакцию.

Результаты испытаний и возможное применение

Во время испытаний мембрана полностью разрушила бисфенол А — распространённый и опасный органический загрязнитель — за 86 миллисекунд. Такой результат показал высокую эффективность образования и использования синглетного кислорода по сравнению со многими существующими способами очистки.

Применение технологии не ограничивается фенольными соединениями и бисфенолом А. Каталитические свойства мембраны позволяют рассматривать её для разрушения других органических загрязнителей, включая антибиотики, пестициды и красители. Возможность создавать активные формы кислорода без внешних затрат энергии делает разработку перспективной как для постоянной очистки сточных вод, так и для устранения последствий аварийного загрязнения.