Металлоорганические каркасы MOF для удаления загрязнителей и получения воды из воздуха

Металлоорганические каркасы, или MOF, — пористые материалы, которые открывают новые возможности для водоподготовки. Их структуру можно изменять так, чтобы она захватывала определённые вещества. Исследователи рассматривают такие материалы для удаления загрязнителей из воды, создания мембран и получения воды из воздуха.

В 2025 году Нобелевскую премию по химии за разработку металлоорганических каркасов получили Сусуму Китагава, Ричард Робсон и Омар Яги. Их исследования позволили создать молекулярные конструкции с многочисленными внутренними полостями, в которые могут проникать и удерживаться молекулы других веществ.

Для водной отрасли интерес представляет возможность подбирать свойства материала под конкретную задачу очистки. Среди перспективных направлений — удаление PFAS, тяжёлых металлов и органических микрозагрязнителей. Однако широкое внедрение MOF в водоподготовку ещё требует дальнейших исследований. Лауреаты Нобелевской премии по химии 2025 года Ричард Робсон, Сусуму Китагава и Омар Яги, награждённые за разработку металлоорганических каркасов.

Заполните форму для получения консультации специалиста по водоподготовке

Ваше имя:

E-mail

Сообщение

Я подтверждаю согласие на обработку своих персональных данных.

Поставьте галку

Как устроены металлоорганические каркасы

В структуре MOF ионы металлов соединены органическими молекулами, образующими своеобразные перемычки. Вместе они формируют кристаллический каркас с внутренними полостями. Изменяя металлы и соединяющие их молекулы, химики могут управлять размерами этих полостей и свойствами материала. Это позволяет создавать структуры, способные захватывать и удерживать определённые вещества.

Первые исследования Ричарда Робсона начались в 1989 году. Полученная им конструкция имела упорядоченную пористую структуру, но была недостаточно устойчивой. Последующие работы Сусуму Китагавы и Омара Яги помогли создать более гибкие и стабильные материалы. Учёные показали, что свойства каркасов можно целенаправленно изменять, подбирая их состав и строение.

Удаление загрязнителей из воды

Одно из основных направлений применения MOF в водоподготовке связано с адсорбцией — удерживанием загрязняющих веществ на поверхности материала. Благодаря развитой внутренней поверхности и возможности изменять структуру такие каркасы рассматриваются для избирательного удаления отдельных соединений из воды.

Особый интерес вызывает очистка от пер- и полифторалкильных веществ, известных как PFAS. Исследователи института KWR также рассматривают применение MOF для удаления тяжёлых металлов и органических микрозагрязнителей, включая рентгеноконтрастные вещества. При этом речь идёт о разных материалах, свойства которых необходимо подбирать под соответствующие загрязнители.

Получение воды из воздуха

Другой возможностью металлоорганических каркасов является извлечение водяного пара из воздуха. Пористый материал захватывает влагу, а при нагревании высвобождает её. Затем водяной пар поступает в конденсатор, где превращается в жидкую воду. Источником тепла для такого процесса может служить солнечная энергия или отходящее тепло.

В 2023 году группа Омара Яги продемонстрировала возможность получения воды из воздуха в условиях Долины Смерти — одного из наиболее засушливых мест на Земле. Для работы использовали солнечную энергию. Такие исследования показывают потенциал MOF для условий, в которых получение воды из атмосферы другими способами затруднено низкой влажностью.

Перспективы применения в водоподготовке

Развитие технологии не ограничивается использованием отдельных адсорбентов. Исследователи изучают способы включения MOF в гидрогели и мембраны. Это расширяет возможности создания материалов для очистки воды, в которых пористые каркасы становятся частью более сложной структуры.

При этом перспективность материала ещё не означает его готовность к повсеместному промышленному применению. Специалисты KWR подчёркивают, что перед масштабным внедрением металлоорганических каркасов в водоподготовку необходимо провести дополнительные исследования. Для отрасли MOF представляют интерес прежде всего как направление разработки материалов с заданными свойствами — для удаления конкретных загрязнителей и решения новых задач очистки воды.