Ученые исследовали сорбент для очистки сточных вод от токсичных красителей

Сорбционные свойства наночастиц оксида железа в углеродной оболочке изучил научный коллектив специалистов Сибирского федерального университета (СФУ) и ФИЦ Красноярского научного центра (КНЦ) СО РАН, 27 февраля сообщает пресс-служба СФУ.

После проведенного исследования структуры таких частиц ученые выполнили ряд экспериментов, продемонстрировавших высокую эффективность наночастиц оксида железа в углеродной оболочке для удаления из воды органических красителей.

Ранее подобные наночастицы доказали свою способность направленно разрушать клетки карциномы легкого, разрушая целостность клеточной мембраны. Сибирские ученые также решили изучить возможность использования этих наночастиц в качестве «многоразовых» адсорбентов для вредных веществ, таких как тяжелые металлы и органические красители, попавшие в реки и озера со сточными водами.

Соавтор исследования, доцент кафедры экспериментальной физики и инновационных технологий Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ Алексей Соколов рассказал о работе красноярского коллектива:

«Мы изучили свойства наночастиц, изготовленных из оксида железа и обернутых в „шубу“ из углерода, и проверили, как они справляются с извлечением анионных и катионных органических красителей (родамина и эозина, дающих оттенки розового и красного) из воды. Не секрет, что бытовые и промышленные фильтры могут не справляться с задачей полного извлечения этих веществ — следовые количества красителей остаются и затем попадают в питьевую воду и почву».

Исследование показало, что поверхность наночастиц хорошо адсорбировала эти красители, чему была обязана углеродному покрытию, которое, как губка, впитывает загрязнители. При этом магнетитовое ядро позволяет с помощью магнитного поля быстро извлекать наночастицы из воды.

Применяемые в промышленности сорбенты после длительной работы или специально удаляются, или, если они изготовлены из биоразлагаемого материала, разрушаются самостоятельно.

Альтернатива, которую предлагают сибирские ученые, — это сорбент многоразового использования, работающий быстро и эффективно, к тому же легко извлекающийся из воды после очистки.

«Наночастицы из оксида железа в углеродной обертке легко собираются с помощью магнитного поля — их можно очистить от собранных загрязнителей химическим способом и использовать заново. Напрашивается аналогия с активированным углем — его тоже можно восстанавливать и использовать заново», — пояснил Алексей Соколов.

Эти наночастицы будет очень удобно использовать в фильтрах, что позволит создавать на производстве рециркуляцию технической воды, которая будет очищаться от ядовитых примесей, в том числе и от ионов тяжелых металлов, например, меди и свинца.

С помощью такого фильтра можно легко проводить анализ воды методом магнитной сорбции даже у открытого водоема. Для этого небольшую пробу воды нужно прогнать через фильтр. Как сообщил эксперт, в этом случае можно определить наличие самых малых количеств токсикантов, не улавливаемых применяемыми лабораторными приборами.

Медицинское применение наночастиц оксида железа, покрытых углеродной «шубой», также очень перспективно.

«Наночастицы давно широко используют для направленной транспортировки лекарств или уничтожения раковых клеток, — сообщил Соколов. — Известны эксперименты с покрытыми золотом наночастицами, проводящиеся, в частности, химиками СФУ. Механизм работы наших наночастиц сходный. Можно посадить на такие частицы метки-аптамеры и направить их в поражённый орган, там под воздействием переменного электромагнитного поля частицы начнут вибрировать, разрушая клеточные мембраны и уничтожая клетки опухоли изнутри. Оказалось, кстати, что углеродное покрытие может вполне заменить дорогостоящее золото».

Коллектив ученых проводил опыты по разрушению клеток карциномы Эрлиха с использованием низкочастотного переменного магнитного поля, которые показали, что в этом случае количество уничтоженных клеток на 27% больше относительно контрольного образца (6% естественной гибели).