Nuovo catalizzatore purifica l'acqua con la luce solare fotocatalisi
Un nuovo catalizzatore "solare" basato sul solfuro di molibdeno per la purificazione dell'acqua è stato sviluppato dagli scienziati del NUST MISIS insieme ai colleghi della FEFU, della Fudan University (Cina) e della Tokai University (Giappone). Il nuovo materiale ha un'alta attività fotocatalitica, che è diverse volte superiore all'attività dei materiali precedentemente conosciuti di questa classe, e ha anche un'alta stabilità delle proprietà e può essere riutilizzato. I risultati della ricerca sono pubblicati nella rivista scientifica internazionale Nanomaterials.
L'inquinamento dell'ambiente acquatico da parte delle emissioni industriali, così come i rifiuti dell'industria chimica, farmaceutica e cosmetica, rappresenta una minaccia reale per tutta la vita sulla Terra e la riduzione del livello di inquinamento delle acque sta già diventando un compito vitale. Pertanto, gli scienziati si trovano di fronte al compito di ridurre al minimo la quantità di emissioni nocive, nonché di sviluppare metodi efficaci per purificare l'acqua da queste emissioni.
La degradazione fotocatalitica tramite la luce del sole è una tecnologia con un impatto antropogenico minimo sull'ambiente, poiché utilizza solo la luce naturale del sole e un catalizzatore. Pertanto, con l'uso di fotocatalizzatori non tossici gli scienziati possono creare una "tecnologia verde" per il trattamento delle emissioni nocive, simile alla fotosintesi naturale. L'idea è semplice - se un fotocatalizzatore viene aggiunto all'acqua, contaminata con un composto chimico organico, e illuminato con luce ultravioletta o luce solare, allora questo composto si decomporrà in composti sicuri, come acqua e anidride carbonica. Ovviamente, i catalizzatori stessi non devono danneggiare l'ambiente e devono essere non tossici, avere una lunga durata, ed essere anche prodotti usando la "tecnologia verde". Considerando tutti questi aspetti, diventa chiaro che lo sviluppo di fotocatalizzatori, così come i metodi per la loro produzione, è una seria sfida scientifica e tecnica.
Il solfuro di molibdeno è uno dei catalizzatori promettenti per la fotodegradazione degli inquinanti organici in acqua. "La sua attività deriva da legami insaturi di zolfo e aumenta con l'introduzione di difetti strutturali e/o sostituzioni di ossigeno. Pertanto, abbiamo ipotizzato che il molibdeno amorfo possa avere molti centri attivi e, di conseguenza, un'elevata attività catalitica", spiega Andrei Matveev, ricercatore del NUST MISIS Inorganic Nanomaterials Laboratory e uno degli autori della ricerca.
Un team di ricerca internazionale del NUST MISIS, della Fudan University (Shanghai, Cina), Far Eastern Federal University e Tokai University (Giappone) ha sviluppato un nuovo metodo per la sintesi di nanoibridi da ossisolfuro di molibdeno amorfo (a-MoSxOy) e ossinitruro di boro (h-BNxOy) e studiato la loro attività nel processo di fotodegradazione di un composto organico (blu di metilene) come inquinante organico modello.
"Abbiamo sviluppato un nuovo metodo per la sintesi di nanoibridi a-MoSxOy/h-BNxOy come risultato di una reazione chimica tra MoCl5, H2S e h-BNxOy in dimetilformamide. La differenza principale tra questo metodo e i metodi tradizionali per la sintesi del disolfuro di molibdeno è che la sintesi procede non attraverso la riduzione dei cluster MoO3, ma come risultato della reazione di scambio tra MoCl5 e H2S, mentre la sostituzione dello zolfo con l'ossigeno avviene grazie alla reazione con l'ossinitruro di boro, che è stato scelto come catalizzatore portante. Questo porta alla formazione di cluster Mo-Sx-Oy con un gran numero di legami chimici insaturi dello zolfo, che determina l'alta attività fotocatalitica di questo materiale. L'uso di un mezzo liquido per la sintesi assicura una deposizione uniforme di MoSxOy, e una temperatura di sintesi relativamente bassa assicura il suo stato amorfo," aggiunge Andrey Matveev.
Gli esperimenti di laboratorio hanno dimostrato che i nanoibridi sono stabili e rimangono altamente attivi per molto tempo. Gli sviluppatori sottolineano che il nuovo materiale è più di 10 volte più efficace di molti materiali simili della stessa classe (che non contengono metalli preziosi). Entrambi i componenti dei nanoibridi sono atossici e chimicamente stabili.
FONTE L'Università Nazionale di Scienza e Tecnologia MISiS