Ρώσοι επιστήμονες έχουν συνθέσει νέους φωτοκαταλύτες – ουσίες ικανές να μετατρέπουν το οξυγόνο στην ενεργό μορφή του υπό την επίδραση του ορατού φωτός, το οποίο μπορεί να διασπάσει τις τοξικές οργανικές ενώσεις, και είναι δέκα φορές φθηνότερες από τη χρήση των υφιστάμενων τεχνολογιών, δήλωσε στο RIA Novosti το Ρωσικό Επιστημονικό Ίδρυμα (RSF).
Κατά τη λειτουργία των κλωστοϋφαντουργικών και φαρμακευτικών επιχειρήσεων, παράγονται χημικά απόβλητα, για παράδειγμα αρωματικοί υδρογονάνθρακες ή ενδιάμεσα προϊόντα (ουσίες που απομένουν από αντιδράσεις) φαρμάκων που είναι επικίνδυνα για το περιβάλλον. Ως εκ τούτου, πρέπει να διασπαστούν σε μη τοξικές ενώσεις – νερό και διοξείδιο του άνθρακα. Συνήθως, οι αντιδράσεις αυτές πραγματοποιούνται με τη βοήθεια του λεγόμενου μονήρες οξυγόνου – ενός μορίου με υψηλότερη ενέργεια από αυτή του συνηθισμένου οξυγόνου. Χάρη σε αυτή την ενέργεια, το μονήρες οξυγόνο συνδυάζεται πιο ενεργά με τις οργανικές ουσίες και τις οξειδώνει πιο έντονα, γι’ αυτό και οι τελευταίες καταστρέφονται.
Τώρα, το μονήρες οξυγόνο παράγεται με τη χρήση υπεριωδών λαμπτήρων και μεταλλικών καταλυτών, αλλά έχουν δύο μειονεκτήματα: είναι αρκετά ακριβά και είναι επίσης επικίνδυνα για τους ζωντανούς οργανισμούς στο νερό – για παράδειγμα, σκοτώνουν το φυτοπλαγκτόν με το οποίο τρέφονται τα ψάρια. Ως εκ τούτου, οι επιστήμονες αναζητούν φθηνότερους και ασφαλέστερους τρόπους παραγωγής μονήρους οξυγόνου για την αποσύνθεση επικίνδυνων οργανικών αποβλήτων και για την παρασκευή φαρμάκων.
Επιστήμονες από το Κρατικό Πανεπιστήμιο Χημικής Τεχνολογίας του Ιβάνοβο και συνάδελφοι τους από άλλους ρωσικούς επιστημονικούς οργανισμούς έχουν συνθέσει έξι φωτοκαταλύτες που «παράγουν» μονήρες οξυγόνο υπό την επίδραση ορατού φωτός (ηλιακού ή λαμπτήρων LED). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο καταλύτης δέχεται φωτεινή ενέργεια και στη συνέχεια τη μεταφέρει στα μόρια οξυγόνου, ενεργοποιώντας τα έτσι.
Οι συγγραφείς της μελέτης διαπίστωσαν ότι στο φως, αυτοί οι φωτοκαταλύτες μετέτρεπαν το συνηθισμένο οξυγόνο σε μονήρες οξυγόνο με απόδοση 49% έως 62%. Για σύγκριση, οι ευρέως χρησιμοποιούμενοι καταλύτες που βασίζονται σε ενώσεις τιτανίου και βολφραμίου παρέχουν απόδοση μετατροπής 30%.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, οι φωτοκαταλύτες που προέκυψαν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων εργοστασίων και εγκαταστάσεων, διότι υπό την επίδραση φωτός χαμηλής ισχύος από σχετικά φτηνές λάμπες LED θα μετατρέψουν το συνηθισμένο οξυγόνο σε μονήρη μορφή. Αυτή, με τη σειρά της, θα διασπάσει τα ενδιάμεσα προϊόντα φαρμάκων και τους αρωματικούς υδρογονάνθρακες σε νερό και διοξείδιο του άνθρακα. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι η χρήση του ορατού φωτός για την παραγωγή μονήρες οξυγόνου θα μειώσει σημαντικά το κόστος της διαδικασίας καθαρισμού, καθώς οι λαμπτήρες LED είναι κατά μέσο όρο 65-70 φορές φθηνότεροι από τους υπεριώδεις.
Εξάλλου, πειράματα έχουν δείξει ότι οι φωτοκαταλύτες που απέκτησαν οι επιστήμονες με απόδοση έως και 100% μετατρέπουν τα σουλφίδια σε σουλφοξείδια, τα οποία αποτελούν μέρος φαρμάκων για την αντικαρκινική θεραπεία και τη θεραπεία ασθενειών του νευρικού συστήματος. Επιπλέον, οι συγγραφείς της μελέτης πιστεύουν ότι οι νέοι φωτοκαταλύτες μπορούν να εφαρμοστούν έως και χίλιες φορές χωρίς απώλεια απόδοσης, γεγονός που είναι συγκρίσιμο με τους φωτοκαταλύτες που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία για τον σχηματισμό σουλφοξειδίων.
Ο Ιβάν Σκορτσώφ, επικεφαλής του έργου που υποστηρίζεται από την επιχορήγηση του Ρωσικού Επιστημονικού Ιδρύματος και ανώτερος ερευνητής στο Εργαστήριο Σύνθεσης και Έρευνας Πορφυραζινοειδών στο Κρατικό Πανεπιστήμιο Χημικής Τεχνολογίας του Ιβάνοβο δήλωσε στο RIA Novosti πως:
Σκοπεύουμε να δοκιμάσουμε φωτοκαταλύτες με διαφορετικές χημικές δομές, καθώς και να τους δοκιμάσουμε σε ζεύγη με άλλες ουσίες που διασπούν τους ρύπους, όπως διοξείδιο του τιτανίου, νιτρίδιο του άνθρακα και γραφένιο. Αυτό θα καταστήσει δυνατή τη βελτίωση όχι μόνο των ιδιοτήτων των φωτοκαταλυτών που χρησιμοποιούνται σήμερα, αλλά και την ανάπτυξη νέων και, ως εκ τούτου, τη βελτίωση τεχνολογιών για την αποσύνθεση τοξικών χημικών ενώσεων στο νερό.
Στη μελέτη συμμετείχαν επίσης επιστήμονες από το Ρωσικό Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο MIREA (Μόσχα), το Ινστιτούτο Φυσικής Χημείας και Ηλεκτροχημείας Φρούμκιν της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών (Μόσχα) και το Ινστιτούτο Χημείας Διαλυμάτων Κρεστόφ της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών (Ιβάνοβο).
