- Профессор Чхве Вон Ён из POSTECH разработал фотокатализатор, который превращает азотную кислоту в азот.
Иллюстрация денитрификации с использованием фотокатализатора [предоставлено POSTECH]
[HERALD BUSINESS = Репортер Ку Бон Хёк] Сине-зеленые водоросли, которые вызывают цветение воды в реках и озерах в летнее время, появляются в основном из-за большого количества питательных веществ в воде, таких как удобрения, бытовые и промышленные сточные воды, попадающие в реку. При чрезмерном присутствии сине-зеленых водорослей концентрация кислорода в воде падает, что в свою очередь приводит к ухудшению качества воды.
Удобрения и заводские сточные воды, вызывающие цветение воды, содержат большое количество соединений азота, и технология «денитрификации», которая превращает нитрат-ионы (NO3-) в азот, считается одной из ключевых методов его предотвращения. Это связано с тем, что, когда нитрат-ионы превращаются в газообразный азот, они выводятся из воды, что в свою очередь предотвращает увеличение количества питательных веществ в воде.
Исследовательская команда во главе с профессором Чхве Вон Ён из факультета экологической инженерии при Пхоханском университете науки и технологии (POSTECH) объявила 14-го сентября, что они разработали первый в мире фотокаталитический материал, который преобразует нитрат-ионы с использованием солнечного света. Результаты исследования опубликованы в последнем выпуске «Энергетики и науки об окружающей среде» - международного журнала в области энергетики и окружающей среды, который издается Королевским химическим обществом Великобритании.
Существующие методы денитрификации требует больших затрат энергии, а также восстановителей, таких как газообразный водород, метанол и муравьиная кислота. Конечно, попытки использовать безвредный для окружающей среды солнечный свет в качестве источника энергии для данного процесса предпринимались и раньше, но многие из них требуют большое количество восстановителей, что создает множество проблем с точки зрения экономии и реализуемости. Использование самой воды в качестве восстановителя также остается нерешенной задачей.
Исследование началось с идеи использования фотокатализаторов - полупроводникового материала, индуцирующего окисление/восстановление с помощью межфазной реакции, которая вызывается «дырками» и электронами, генерируемыми воздействием света.
Сначала исследовательская группа синтезировала новый фотокатализатор на основе диоксида титана (TiO2), содержащий биметаллические наночастицы (Cu-Pd) и оксид графена (rGO). Этот фотокатализатор смогла восстановить нитрат-ионы на 100% (при концентрации 600 ppm) без какого-либо химического восстановителя, а 98% из них превратился в азот.
Данный фотокатализатор генерирует водород с помощью гидролиза и сразу же использует полученный водород в качестве восстановителя, что решает проблему с химическими восстановителями, которая есть у существующих катализаторов-денитрификаторов.
Более того, он экологически безопасен, поскольку почти не генерирует нитрит-ион (NO2-) - побочный продукт, образующийся при денитрификации.