Китайские и американские химики разработали дешевый нанокатализатор на базе углеродных нанотрубок, способный очищать воду от нитратов так же эффективно, как дорогостоящие катализаторы на базе металлов. Результаты опытов ученых были опубликованы в статье в научном журнале Nature Water.

"Загрязнение воды нитратами несет угрозу для природы и здоровья человека. Существующие методы очистки воды от этих веществ при помощи микробов или катализаторов на базе металлов отличаются или низкой скоростью работы, или высокой себестоимостью. Мы разработали электрокаталитическую систему, которая очищает воду от нитратов столь же эффективно, как катализаторы на базе металлов", - пишут исследователи.

Эта система очистки воды от нитратов была разработана группой американских и китайских химиков под руководством доцента Йельского университета Лейи Уинтер. Она представляет собой мембрану, в толще которой присутствует большое число углеродных нанотрубок. Ранее ученые уже пытались использовать двумерные структуры из углерода для ускорения реакций с участием атомов азота, однако эффективность работы подобных катализаторов оставалась низкой.

Исследователи выяснили, что КПД этих катализаторов можно повысить примерно в четыре раза, с 20% до 80%, если заставить молекулы нитратов дольше взаимодействовать с углеродными наноструктурами. Для этого ученые обработали нанотрубки при помощи небольших количеств поливинилового спирта и затем встроили их внутрь специальных керамических мембран, проницаемостью которых можно управлять при помощи электрического тока.

В ходе последующих опытов ученым удалось подобрать такую структуру мембран и силу тока, при которой молекулы нитратов вдвое чаще сталкивались с нанотрубками, вступали с ними в реакции и превращались в молекулы чистого азота. Это было в одинаковой степени характерно как для концентрированных растворов нитратов, так и для проб питьевой воды, загрязненных относительно малыми концентрациями солей азотной кислоты.

По нынешним оценкам исследователей, разработанная ими система тратит порядка 430 Вт энергии на удаление одного грамма нитратов из питьевой воды и при этом она остается стабильной на протяжении многих часов, что делает процесс ее очистки относительно недорогой процедурой. В перспективе, как надеются исследователи, их разработка позволит отказаться от дорогостоящих катализаторов на базе палладия, иридия, рутения и других редких и драгоценных металлов.

Источник: ТАСС