Новый нанокомпозит объединяет адсорбцию и фотокатализ для очистки сточных вод

Нанокомпозит из оксида графена, биоугля и TiO₂ представляет новую многофункциональную разработку, объединяющую адсорбцию и фотокатализ для эффективной и многоразовой очистки сточных вод. Автор: Национальный тайваньский университет

Исследователи из Национального тайваньского университета разработали нанокомпозит на основе оксида графена, биоугля и диоксида титана (TiO₂), который сочетает адсорбционную способность с превосходной фотокаталитической активностью. Благодаря отличным характеристикам материала и оптоэлектронным свойствам, он предлагает новое и устойчивое решение для удаления антибиотиков из сточных вод животноводческих хозяйств.

Антибиотики из животноводства, включая сульфаметоксазол, окситетрациклин и энрофлоксацин, сохраняются в сточных водах, угрожая водной жизни и ускоряя развитие антимикробной резистентности. Традиционные методы очистки либо неэффективны, либо слишком дороги для широкого применения, что создает острую потребность в инновационных материалах.

В исследовании, опубликованном в журнале Chemical Engineering Journal, ученые разработали новый нанокомпозит, объединяющий адсорбцию и фотокатализ в одной системе. Интегрируя оксид графена, биоуголь и TiO₂, материал демонстрирует производительность, превосходящую ограничения однофункциональных адсорбентов или фотокатализаторов.

Характеризация материала подтвердила уникальные свойства этой гибридной конструкции. Сканирующая электронная микроскопия выявила пористую структуру с равномерно закрепленными наночастицами TiO₂. Рентгеновская дифракция продемонстрировала кристаллическую стабильность, а ИК-спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния подтвердили обилие поверхностных функциональных групп. Анализ поверхности по БЭТ показал высокую пористость, обеспечивающую сильную адсорбцию антибиотиков.

Нанокомпозит достиг более 95% удаления антибиотиков под ультрафиолетовым светом и сохранил почти 90% эффективности после многократных циклов повторного использования.

Его оптоэлектронные свойства, включая широкополосное поглощение, суженную запрещенную зону, улучшенное разделение носителей заряда и эффективный перенос электронов, были подтверждены УФ-видимой спектроскопией и фототоковым откликом. Эти свойства значительно усиливают фотокаталитическую активность по сравнению с обычными системами на основе TiO₂.

Новизна заключается в синергетическом механизме: антибиотики сначала концентрируются на матрице из биоугля и оксида графена, а затем разлагаются активированным светом TiO₂ на безвредные продукты.

Этот многофункциональный подход обеспечивает долговечное, масштабируемое и устойчивое решение для очистки сточных вод, одновременно поддерживая глобальные цели по чистой воде, ответственному производству и защите водных экосистем.

«Это исследование демонстрирует новаторский путь для защиты водных ресурсов от фармацевтического загрязнения», — говорит профессор Шанг Лиен Ло, автор-корреспондент исследования.

Больше информации: Payal Maharathi et al, Facile synthesis of 2D "GO"-TiO₂ @biochar hybrid nanocomposites for synergistic adsorption and photocatalytic elimination of veterinary antibiotics from livestock effluents, Chemical Engineering Journal (2025). DOI: 10.1016/j.cej.2025.166205

Источник: National Taiwan University