Czystsza woda dzięki nowym materiałom
W ramach projektu PHOTOMAT (Tunable materials: Preparation, characterization and investigation of photocatalytic activity of new hybrid materials) opracowano nowe materiały o kontrolowanych właściwościach, łączące dobre własności mechaniczne z aktywnością fotokatalityczną. Zsyntetyzowano zaawansowane materiały, które następnie scharakteryzowano i poddano ocenie sprawności fotokatalitycznej w procesie unieszkodliwiania zanieczyszczeń, w tym nowych substancji. Naukowcy opracowali wysokiej jakości nanocząsteczki węglowe (CNP) do produkcji nanokompozytów polimerowych. Do nanocząsteczek węglowych zaliczają się nanorurki węglowe (CNT) i funkcjonalizowane arkusze grafenowe. Nanorurki węglowe uzyskano metodą osadzania chemicznego z fazy gazowej, natomiast do wytworzenia funkcjonalizowanych arkuszy grafenowych wykorzystano gwałtowne rozszerzanie cieplne tlenku grafitu. Materiały poddano następnie modyfikacji powierzchni poprzez kontrolowane utlenianie i reakcje związków diazoniowych. Modyfikacje powierzchni nanorurek węglowych umożliwiły miejscowe kontrolowanie syntezy nanocząsteczek dwutlenku tytanu (TiO2) na arkuszach grafenowych. Zmieniając powierzchniowe grupy funkcyjne, badacze syntetyzowali nanocząsteczki o różnej morfologii, ujawniając różne ich aspekty. Stwierdzono, że możliwość kontrolowania morfologii TiO2 i jego połączenia z grafenem ma znaczny wpływ na aktywność fotokatalityczną materiału hybrydowego. Grafen funkcjonalizowany z wykorzystaniem grup karboksylowych okazał się odpowiedni do wiązania grup aminowych w białkach. Opisano już pierwsze pomyślne zastosowanie tego materiału hybrydowego, polegające na wykorzystaniu go jako podłoża dla wieloanalitowego, homogenicznego testu immunologicznego. Innym zadaniem było przygotowanie tlenków półprzewodzących i domieszkowanie ich pierwiastkami niemetalicznymi. Stosując różne techniki, uzyskano materiały o różnych morfologiach i dużym polu powierzchni, przy czym najbardziej obiecujące kierunki to metoda hydrotermiczna i strącanie. Tlenek cynku domieszkowany cerem wykazał wyjątkową skuteczność fotokatalizy i rozkładania zanieczyszczeń. Naukowcy połączyli nanorurki węglowe, funkcjonalizowany grafen i nanocząsteczki półprzewodnikowe w foliach polimerowych utwardzanych promieniowaniem UV. Folie utwardzane zawierające wypełniacze węglowe okazały się dobrymi fotokatalizatorami, a folie z wiązaniami krzyżowymi zawierające grafen funkcjonalizowany złotem wykazały ulepszone przewodnictwo elektryczne. Badano różne metody uzyskiwania kompozytów samonośnych zawierających odpowiednie materiały. Naukowcy stosowali między innymi elektrowirowanie, rusztowania grafenowe, kompozyty przewodzące ciepło i membrany funkcjonalizowane polidopaminą. Materiały tworzone metodą elektrowirowania składają się nanoskopijnych włókien, co umożliwia uzyskiwanie folii o bardzo dużych polach powierzchni, a tym samym doskonałej sprawności fotokatalitycznej. Membrany funkcjonalizowane polidopaminą okazały się wyjątkowo skuteczne w usuwaniu barwników z wód ściekowych. Nowatorskie nanomateriały opracowane w ramach projektu PHOTOMAT pozwolą znacznie zwiększyć skuteczność rozkładu fotokatalitycznego zanieczyszczeń w wodzie, a tym samym chronić zdrowie Europejczyków.
Słowa kluczowe
Materiały hybrydowe, zanieczyszczenie wody, PHOTOMAT, aktywność fotokatalityczna, nanorurki węglowe, grafen, domieszkowany tlenek cynku
