Создание фотокатализаторов для очистки воды, воздуха и других сред является новым трендом мировой химии. Однако функционал большинства разработок в этой области ограничен потребностью в дневном свете, поскольку фотокатализаторы действуют по принципу фотосинтеза. Учёные химического факультета Томского госуниверситета в рамках стратпроекта ТГУ «Технологии безопасности» разрабатывают новый вид каталитических материалов для очистки воздуха, которые будут работать не только при солнечном свете, но и в темноте.

Исследования поддержаны федеральной программой «Приоритет 2030».

– Одной из экологических проблем, нарастающих и требующих безотлагательного решения, является загрязнение воздуха, – говорит руководитель проекта, кандидат технических наук, доцент кафедры неорганической химии ХФ ТГУ Екатерина Лютова. – В период 2015-2021 гг. отмечено увеличение сбросов отходов промышленных предприятий на 34 процента. Эти загрязняющие вещества являются основными источниками бактериологической и химической нагрузки на здоровье человека, воду и воздух. Вместе с тем нарастающее отрицательное воздействие оказывают и выбросы СО2. Поэтому учёные разных стран занимаются созданием новых эффективных катализаторов, необходимых для сохранения здоровья человека.

По словам учёного ХФ ТГУ, применение классических процессов очистки, таких как плазмохимический и озонный методы, теряет свою актуальность из-за наличия остаточного озона, который необходимо удалять термически. Преимуществами фотокаталитических катализаторов являются их эффективность, демократичная цена и экологичность. В качестве основы для нового материала химики ТГУ будут использовать диоксид титана, который отличается стабильностью и является нетоксичным.

– Этот материал уже используется для очистки воздуха в некоторых странах, но фотокаталитическая активность диоксида титана ограничена поглощением только в ультрафиолетовой области. По этой причине катализатор не может быть эффективным в отсутствии солнечного света, – говорит Екатерина Лютова. – Преодолеть это ограничение можно с помощью модифицирования поверхности или структуры TiO2 металлами или неметаллами. В рамках нашего проекта это будет сделано с помощью ионов серебра и кремния (Ag+/Si4+). В качестве подложки для катализатора будет использоваться стеклотканый материал.

Разрабатываемая технология производства фотокатализатора совместит в себе золь-гель метод, относящийся к «зеленой» химии, с методом примесной модификации поверхности диоксида титана. Наносить фотокаталитически активное покрытие на основе TiО2 – Ag2О/SiO2 на стеклотканый носитель будут методом пропитки, что обеспечивает простоту и рентабельность технологии изготовления воздухоочистных фильтров.

– Ионы серебра эффективны даже в микроскопической дозе, поэтому их присутствие в составе фотокатализатора не сделает его недоступным по цене, – объясняет учёный ХФ ТГУ. – Вместе с тем этот металл повысит антибактериальную активность диоксида титана и позволит катализатору работать даже в темноте.

Оценку антибактериальных и бактериостатических свойств химики проведут с помощью метода серийных разведений микроорганизмов на твердой питательной среде. К примеру, одним из тестовых организмов станет кишечная палочка. Результат своей работы химики представят в конце 2023 года.

Готовый продукт может быть использован для очистки воздуха как в квартирах, так и в больших помещениях – на производстве, в торговых центрах, аэропортах и на других объектах.