В основе разработки — композитные мембраны на основе фторполимера и наночастиц гексаферрита бария. Научная группа под руководством кандидата химических наук Фарида Оруджева (лаборатория «Smart materials») систематически изучила способность нового материала разрушать органические загрязнения.
Главным достижением дагестанских ученых стало то, что материал активируется без прямого механического контакта и без использования света. Под воздействием ультразвука мембрана работает в режиме пьезокатализа, генерируя мощнейшие окислители — гидроксильные радикалы, которые безопасно разлагают токсичные вещества на безвредные компоненты. Степень очистки воды при таком методе достигает 96 процентов за 60 минут.
Впервые в мире на мембранах данного типа был продемонстрирован магнитно-индуцированный пьезокатализ. Под воздействием переменного магнитного поля магнитные частицы внутри мембраны создают локальные микродеформации, которые эффективно передаются полимерной матрице и генерируют внутренние электрические поля, разрушающие загрязнения. При таком полностью бесконтактном методе эффективность деградации органики достигает 81 процента. При этом разработанные мембраны обладают высокой механической стабильностью и способны работать в многоразовых циклах без потери своих свойств. Исследование выполнено при грантовой поддержке Российского научного фонда (проект № 22-73-10091-П «Гибридные магнито-пьезоэлектрические наногенераторы как новый класс умных фотокатализаторов»).
Ректор Дагестанского государственного университета Муртазали Рабаданов высоко оценил значимость работы, назвав разработку ярким примером того, как фундаментальная наука решает прикладные экологические задачи. По его словам, создание энергоэффективных и бесконтактных технологий глубокой очистки воды имеет колоссальное значение для глобальной экологии и устойчивого развития регионов, обеспечивая промышленность и сельское хозяйство безопасными водными ресурсами. Ректор выразил гордость тем, что ученые университета находятся на передовом крае мировой науки, и подчеркнул, что вуз продолжит оказывать исследователям всестороннюю поддержку.
Руководитель исследования — кандидат химических наук
Фарид Оруджев (лаборатория «Smart materials») — отметил, что особую ценность работы представляет демонстрация возможности запуска каталитических процессов с использованием низкочастотного переменного магнитного поля.
«
В последние годы во всем мире активно развивается направление магнитокатализа и магнитно-индуцированных каталитических процессов. Однако большинство подобных работ основано на использовании высокочастотных электромагнитных полей в диапазоне килогерц и выше, что требует значительных энергетических затрат и специализированного оборудования. В нашем исследовании мы показали, что эффективная деградация органических загрязнителей возможна под действием переменного магнитного поля с частотой всего несколько герц. Это принципиально иной подход. Низкочастотное магнитное поле вызывает микродеформации магниточувствительных частиц внутри мембраны, которые передаются пьезоэлектрической полимерной матрице и приводят к генерации внутренних электрических полей. В результате запускаются окислительно-восстановительные процессы, обеспечивающие разрушение загрязнителей без прямого контакта, без света и без применения сложных высокочастотных систем. Полученные результаты открывают перспективы создания энергоэффективных технологий бесконтактной очистки воды, управляемых с помощью слабых низкочастотных магнитных полей. С научной точки зрения это важный шаг в развитии нового направления на стыке магнитных, пьезоэлектрических и каталитических явлений», — подчеркнул ученый.
В будущем уникальная технология может лечь в основу создания компактных фильтров для очистки промышленных стоков, систем автономной водоочистки, активируемых удаленно с помощью физических полей, а также новых типов пьезоэлектрических генераторов энергии.
Саният Эмирова
