Zespół z Politechniki Krakowskiej będzie oczyszczał wodę nowatorską substancją chemiczną. Pod wpływem światła pokona zanieczyszczenia

Prace prowadzone na Politechnice Krakowskiej w zespole dr hab. inż. Katarzyny Matras-Postołek, prof. PK na Wydziale Inżynierii i Technologii Chemicznej, wpisują się w najpilniejsze obecnie naukowe poszukiwania - skutecznych sposobów rozwiązania kryzysu energetycznego i wspierania ochrony środowiska.

– W naszych badaniach koncentrujemy się na opracowywaniu zaawansowanych materiałów, które przyczyniają się do degradacji zanieczyszczeń wody oraz wspomagają konwersję energii odnawialnej np. energii słonecznej. Obecnie prowadzimy prace nad katalizatorem zdolnym do rozkładania organicznych zanieczyszczeń np. pochodzących ze ścieków przemysłowych i komunalnych. Badamy też jego właściwości pod kątem możliwości wpływania na proces produkcji wodoru – mówi Katarzyna Matras-Postołek.

Katalizator to swoisty game changer w świecie chemii, substancja, która zmienia mechanizm przebiegu danej reakcji. Bez odpowiedniego katalizatora wiele znanych reakcji chemicznych mogłoby w ogóle nie zaistnieć albo przebiegać niesłychanie wolno, w sposób całkowicie nieopłacalny (czasowo i ekonomicznie). Z takim dodatkiem jak katalizator proces chemiczny zachodzi dużo szybciej i nabiera praktycznego i ekonomicznego sensu.

- W żargonie chemików mówimy, że „katalizator obniża energię aktywacji danego procesu, zmieniając w ten sposób mechanizm jego zachodzenia”. Przy czym, aby katalizator spełnił swoją rolę w danej reakcji chemicznej, konieczne jest też odkrycie jaki impuls może go do działania pobudzić. Są takie, które aktywuje działanie światła UV lub widzialnego (fotokalizatory). W przypadku innych bodźcem, który „zmusza” katalizator do pracy jest odpowiednio wysoka temperatura czy impulsy elektryczne (elektrokatalizatory) – przypomina prof. Matras-Postołek.

Jak wyjaśnia prof. PK, skuteczny katalizator charakteryzuje się dwoma cechami - powinien być bardzo stabilny, po to by można go było wykorzystać ponownie lub odzyskać z mieszaniny reakcyjnej oraz nie powinien się zużywać w procesie, który katalizuje.

Opracowaniu takiego stabilnego, taniego katalizatora poświęcony jest prowadzony na Politechnice Krakowskiej projekt pn. „Noble metal clusters incorporated g-C3N4 based heterostructures toward solar-driven photo- and electrochemical conversion”. Kierownikiem badań, współfinansowanych z programu POLONEZ BIS (wsparcie w wys. ponad 1 mln zł) jest dr Xiao Zhang. W projekcie uczestniczą także doktorantki PK Alicja Szymska-Szymanik i Beata Szreniawa.

– Jednym z głównych celów naszych badań jest zaprojektowanie sposobu otrzymywania superwydajnego foto- i elektrokatalizatora z azotku węgla, materiału zdolnego do degradacji zanieczyszczeń zawartych w wodzie, a także do produkcji wodoru – mówi dr Xiao Zhang.

Prof. Katarzyna Matras-Postołek dodaje: – W naszych badaniach pomyśleliśmy o opracowaniu katalizatora, będącego materiałem zdolnym do rozkładania zanieczyszczeń również pod wpływem widzialnego światła słonecznego. Dzięki temu sam proces będzie jeszcze bardziej ekonomiczny - tłumaczy.

– Analizujemy jak działanie takiego katalizatora, aktywowanego światłem słonecznym, sprawdza się m.in. przy oczyszczaniu ścieków przemysłowych, np. z zakładów produkujących tekstylia, kolorowy papier, barwiących skóry czy przy oczyszczaniu ścieków komunalnych, zawierających organiczne barwniki, wypłukiwane z barwionych ubrań i innych tekstyliów i trafiające do wody – mówi prof. Katarzyna Matras-Postołek.

Ilość takich zanieczyszczeń rośnie, bo wzrasta zapotrzebowanie na barwione produkty, a z nim wzrasta ilość substancji chemicznych wykorzystywanych do barwienia. Ostatecznie mogą one trafiać do środowiska, zatruwając je i powodując poważne zagrożenia także dla ludzkiego zdrowia.

– W badaniach naszego zespołu pokazaliśmy jak takie zanieczyszczenia można rozłożyć na proste związki tj. np. wodę i CO2 poprzez zastosowanie opracowanego na Politechnice Krakowskiej fotokatalizatora. Wystarczy dodać go do zanieczyszczonej wody i poświecić przez kilkadziesiąt minut lampą lub pozostawić w świetle dziennym, by barwne zanieczyszczenia uległy degradacji – zdradza prof. PK.

Giganci zatruwają świat