Самара, 21 июл - ИА Neftegaz.RU. Новый пористый материал для очистки воды, физико-химические свойства которого можно гибко настраивать, был создан сотрудником Самарского государственного технического университета (СамГТУ) Е. Александровым в сотрудничестве с зарубежными коллегами.
Результаты работы ученых представлены в Journal of the American Chemical Society.
Тезисы Е. Александрова, руководителя проекта, кандидата химических наук, завлаба синтеза новых кристаллических материалов СамГТУ:
- инновационная разработка позволит создать эффективные системы для фильтрации воды, которые можно будет использовать, например, для ликвидации последствий техногенных катастроф: ликвидации аварийных разливов нефти ( ЛАРН), или йода, который является токсичным для человека, а также радиоактивным, если речь идет об изотопе йод-131;
- ученым удалось предсказать существование новых разнообразных по строению органических монокристаллов, структура которых поддается настройке;
- была исследована их структура и настроены требуемые свойства: высокая упорядоченность, нерастворимость, большая емкость для поглощения растворителя и молекул йода с обратимым набуханием и 5-кратным увеличением объема кристалла.
Радиоактивный йод является распространенным побочным продуктом ядерного деления и загрязняющим веществом при ядерных катастрофах.
И не существует рентабельного способа удаления радиоактивного йода из воды.
Новые органические настраиваемые очистители были смоделированы в СамГТУ в России, а затем синтезированы в Дартмутском колледже (США).
Любопытно, что впервые о решении сложной научной проблемы изготовления пористого материала с высокой степенью кристалличности, который также химически стабилен в сильной кислой или щелочной воде, Ч. Ке, руководитель проекта в Дартмундском колледже, поведал еще в 2017 г., обратив внимание экологической общественности на то, что в процессе разработки материала, который борется с загрязнением окружающей среды, ученые также создали метод, который прокладывает путь для нового класса пористых органических материалов.
В мае 2017 г. исследование было опубликовано в выпуске журнала «Американское химическое общество» (Journal of the American Chemical Society), где было описано, как исследователи использовали солнечный свет для сшивания небольших молекул в больших кристаллах для получения нового материала.
Тогда в ходе исследования концентрации йода были снижены с 288 ppm до 18 ppm в течение 30 минут и ниже 1 ppm через 24 часа. Технология мягкого сшивания позволила получить воздухопроницаемый материал, который изменил форму и адсорбировал более чем в 2 раза больше своего веса йода. Было также обнаружено, что соединение является эластичным, что делает его многоразовым и потенциально даже более ценным для очистки окружающей среды.
Это соединение можно было использовать способом, аналогичным нанесению соли на загрязненную воду. Поскольку он легче воды, материал всплывает, адсорбируя йод, а затем погружается, становясь тяжелее. После адсорбирования йода соединение можно собирать, очищать и использовать повторно, пока радиоактивные элементы отправляются на хранение.
Исследователи из Дартмутской группы Ч.Ke Functional Materials Group также рассчитывали, что этот метод может быть использован для создания материалов, предназначенных для воздействия на другие типы неорганических и органических загрязнителей, в частности, на антибиотики в источниках воды, которые могут привести к созданию сверхустойчивых микроорганизмов.
Ныне пытливые ученые, обратив внимание на то, что водородные связи, делающие структуру пористых органических каркасов молекулы устойчивой в упорядоченном (кристаллическом) состоянии, - это не самые прочные связи, и кристаллы могут растворяться в воде, что не позволяет использовать соединение для ее фильтрации.
При сохранении исходного порядка упаковки и пористости, связи оказались более прочными. Гибкие сшивки обладают необходимой прочностью и гибкостью и способны выступать в роли молекулярных пружин.
Структура пористых органических каркасов молекулы смогла обратимо вытягиваться и сжиматься с многократным изменением размеров.
Говоря простым языком математиков - комбинаториков, из 2225 комбинаций упорядоченного связывания оказалось возможным использовать только 68 мостиков (сшивок) необходимой длины.
Только 17 вариантов оказались возможным использовать по размеров и форм пор и каналов в исходной структуре, из которых 4 сшитых структуры смогли поглощать и обратно выделять йод и при этом увеличиваться в размерах более чем в 2 раза, сохраняя свою структуру.
Материал мог бы пригодиться при ликвидации последствий аварии на Фукусиме-1, когда в воду попало большое количество йода-131, который опасен для человека, поражая щитовидную железу.
Автор: А. Шевченко, О. Бахтина
