Исследователи из США разработали очиститель воды, который способен удалять органические токсины без необходимости введения кислот или других опасных реагентов.

Устройство, в котором используется две высокопористые мембраны и происходит генерация очищающих воду гидроксильных радикалов, сможет обеспечивать чистой питьевой водой страны, как промышленного развитого, так и развивающегося мира.

Обеспечение высокого качества питьевой воды представляет собой один из главных приоритетов в исследованиях химиков-технологов. Особенной проблемой в создании систем очистки, позволяющих получать безопасную питьевую воду, является загрязнение грунтовых вод токсичными органическими соединениями. Основную опасность в плане загрязнения воды представляют трихлорэтилен и 2,4,6-трихлорфенол –канцерогенные соединения, применяющиеся в качестве пестицидов и фунгицидов.

Новая фильтрующая система может очищать воду от органических загрязнений. (Рисунок из Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 2011, DOI:10.1073/pnas.1101144108)

Одним из способов очистки воды от трихлорэтилена и 2,4,6-трихлорфенола является реакция Фентона. Она представляет собой окисление органических соединений пероксидом водорода в растворе в присутствии железосодержащего катализатора, при этом образуются гидроксильные радикалы, которые разрушают органические соединения. Однако эта реакция протекает лишь в сильнокислой среде, для ее осуществления требуются дорогие и зачастую опасные для окружающей среды реагенты.

Дибакар Бхаттачарья (Dibakar Bhattacharyya) из Университета Кентукки нашел способ проведения реакции Фентона сминимальным использованием реагентов. Разработанное в группе Бхаттачарья устройство имеет в конструкции две высокопористые мембраны для фильтрования. Для очистки воды исследователи добавляли к ней глюкозу, при прохождении первой мембраны глюкоза под действием фермента деградировалась с образованием пероксида водорода, во второй мембране пероксид водорода, взаимодействуя с закрепленными на мембране посредством карбоксилсодержащих линкеров ионами переходных металлов, разрушался с образованием гидроксильных радикалов.

Содержание пероксида в системе можно контролировать, катализирующие его распад ионы металлов и кислотные фрагменты внедрены в мембрану, поэтому, по словам Бхаттачарья, для очистки воды таким способом нет необходимости в применении дополнительных реагентов. Исследователи протестировали устройство на растворе 2,4,6-трихлорфенола, обнаружив, что в начальный момент времени прибор очищает воду от всей органики, но лишь от 55-70% 2,4,6-трихлорфенола через 30 минут после начала работы – причина падения производительности заключается в окислении ионов железа. Тем не менее, Бхаттачарья уверен, что разработанное в его группе устройство может быть потенциально полезно для удаления из воды самых разнообразных органических загрязнений.

Бенни Фриман (Benny Freeman), эксперт по очистке воды из Университета Техас (Остин) считает, что исследователи из Кентукки сделали важный шаг в разработке систем очистки воды, создав недорогой прибор, для работы которого не требуется большого количества расходных материалов.