Světlo a močovina. To jsou dvě „základní ingredience", které mohou stačit k účinnému a šetrnému čištění vody. Prokázal to nový výzkum vědců z CEITEC Vysokého učení technického v Brně (VUT). Přestože jde teprve o základní výzkum, na který budou vědci dále navazovat, jeho výsledky je možné už nyní využít v praxi.
Močovina je organická látka, která se v přírodě běžně vyskytuje. Díky tomu je široce dostupná. Klíčová je její úprava, při které z ní vědci získají speciální sloučeninu uhlíku a dusíku. Tu je poté možné využít k fotokatalýze. „Naše sloučenina tedy slouží jako katalyzátor, který je aktivovaný dopadajícím světlem. Díky tomu se začnou uvolňovat látky, které likvidují nečistoty přítomné ve vodě," říká Daina Arenas Buelvas ze skupiny Kvantového molekulárního magnetismu na CEITEC VUT, která výzkum vedla.
Oproti současným postupům to znamená výrazný posun. Nyní se totiž k čištění vody využívají filtry, které nečistoty zachytávají. Následně je potřeba tyto filtry vyjmout a zachycené látky zlikvidovat. Sloučenina uhlíku a dusíku vytvořená z močoviny však při styku se světlem škodliviny jak zachytí, tak rozloží. V laboratorních testech to dokázala s účinností až 97 %.
Unikátní metoda, která zmrazí částice
Výzkum je unikátní i díky použité technologii. Vědci využili EPR spektroskopii, která dokáže zachytit i volné radikály, jejichž životnost je jen několik nanosekund. Následně je „zmrazí", a dá tak vědcům prostor, aby je prozkoumali.
„Umožnilo nám to popsat celou reakci, která v materiálu probíhala. Získali jsme tak informace, které můžeme my i další vědci využít při navazujících výzkumech," upozorňuje Daina Arenas Buelvas.
| Vědci používají techniku zvanou spin trapping ("spinové pasti"), aby potvrdili, že materiál vytváří reaktivní formy kyslíku, které rozkládají nečistoty. Protože tyto molekuly existují příliš krátce na to, aby je bylo možné přímo detekovat, přidává se speciální „záchytná" molekula, která je přemění na stabilní, měřitelnou sloučeninu. Tím se jednoznačně prokáže, že materiál vytváří aktivní látky zajišťující čištění. |
Výsledky výzkumu byly publikovány v prestižním vědeckém časopise Sustainable Materials and Technologies. Kromě vědců ze skupiny Kvantový molekulární magnetismus Vinicia Santany z CEITEC VUT se na něm podílely také brazilské vědecké týmy Felipeho La Porty z Univerzity v Paraná a Débory Quadreli z Univerzity v Londrině a tým Christiana M. M. Rochy z Univerzity v kolumbijské Barranquille.
Otestují využití proti mikroplastům
Vědci si účinnost grafitického nitridu uhlíku, jak zní název použité sloučeniny uhlíku a dusíku, ověřili ve vodě znečištěné methylenovou modří. Díky fotokatalytické reakci sloučenina odstranila 97,2 % nečistot.
Široká dostupnost močoviny i snadná úprava, která je potřeba k získání klíčové sloučeniny, umožňují rychlé nasazení do praxe. Zároveň na tento výzkum mohou navázat další vědecké práce.
Plánuje to také Daina Arenas Buelvas. „Chci zjistit, zda je možné využít fotokatalýzu u grafitického nitridu uhlíku i k odstraňování mikroplastů. Zatím jsme ale teprve na začátku," dodává vědkyně, která do České republiky přišla z Kolumbie.