Выполнил: Мищенко Максим студент 1-го курса механико-технологического факультета ТГАСУ

Актуальность Очень большой расход питьевой воды в мире Истощение источников пресной воды в мире Проблема поиска безвредных способов очистки пресной воды [1] Одним из безопасных и высокоэффективных способов разложения веществ и микроорганизмов до абсолютно безвредных компонентов под действием света в присутствии катализатора является гетерогенный фотокатализ. В качестве катализатора используются широко известные полупроводники на основе оксидов металлов (TiO 2, ZnO, Fe 2 O 3 и др.), т.к. основную роль в процессе расщепления веществ на поверхности полупроводникового фотокатализатора играет образование в нем под действием света свободных носителей заряда – электронов и дырок, которые, в свою очередь, вызывают появление супероксида анион-радикала (O 2 - ), пероксида водорода (H 2 O 2 ), гидроксил-радикала (ОН ), синглетного кислорода ( 1 O 2 ). Эти радикалы участвуют в реакции разложения органических загрязнителей воды и воздуха, а так же в уничтожении вирусов и бактерий [2].

Цель и задачи Цель работы: Исследовать бактерицидные возможности наночастиц TiO 2, прочно закрепленных на поверхности полипропиленового волокнистого носителя. Задачи: Обосновать выбор носителя и катализатора Выбрать способ формирования и закрепления наночастиц TiO 2 на полипропиленовом волокнистом носителе (ППВ) Провести экспериментальные исследования по проверке результативности обеззараживания воды присутствии наночастиц TiO 2, закреплённых на полипропиленовом носителе

Поиск катализатора и носителя Диоксид титана обладает химической и биологической инертностью, нетоксичностью, доступностью и дешевизной. Обладает полупроводниковым свойствами В наночастицах диоксида титана под воздействием УФ излучения образуются электроны и дырки с низкой скоростью рекомбинации [3]. ППВ могут быть использованы в качестве носителя фото активных наночастиц, синтезированных и закрепленных в условиях СВЧ воздействия, так как обладают механической прочностью, развитой удельной поверхностью и небольшим гидравлическим сопротивлением, долговечностью и диэлектрическими свойствами; имеют химическую устойчивостью в водных средах, биологическую инертность, нетоксичны.

Получение и закрепление TiO 2 на волокне Предложено использовать метод микроволнового нагрева для дегидратации и закрепления полученных наночастиц диоксида титана на поверхности ППВ [4].

Проверка закрепления TiO 2 Проверка проводилась методом атомно- эмиссионной плазменной спектроскопии (АЭПС) После СВЧ синтеза и закрепления наночастиц на ППВ образцы подвергались промывке в ультразвуковой ванне. Не закрепившиеся наночастицы были смыты. Количество закрепленных частиц определяли методом АЭПС. Далее методом АЭСП определяли количество диоксида титана, переходящего в очищенную воду при её фильтрации в динамическом режиме в присутствии ППВ с закрепленными наночастицами TiO2. При скорости движения воды 0,5 л/мин, количество TiO2 составляло всего 0,00085 мг/л. Это кол-во не превышало ПДК (0,5 мг/л)

в г Рисунок 2 – Фотография зонда СЗМ «NANOEDUCATOR» в процессе сканирования поверхности полипропиленового волокна с наночастицей диоксида титана (а) и АСМ изображение поверхностей: полипропиленового волокна (б), образца 4 (в) и образца 1 (г). Фотография зонда СЗМ «NANOEDUCATOR» в процессе сканирования поверхности ППВ Морфология поверхности ППВ АСМ изображение поверхности полипропиленового волокна АСМ изображение наночастиц TiO 2,закрепленных на поверхности ППВ

Бактериологические испытания Бактериологическая активность оценивалась сотрудниками микробиологической лаборатории Образцы воды были взяты из р. Томь Было установлено, что за 5 минут ОМЧ снижается до значений ниже ПДК, а за 2 минуты уничтожает бактерии кишечной палочки Фотографии чашек Петри со штаммами, демонстрирующими снижение ОМЧ Фотографии чашек Петри со штаммами, демонстрирующими снижение колиформных бактерий

Определяем ый показатель Допустимая норма по НД Результат испытаний Общее микробное число (ОМЧ) при 37 °С, КОЕ/1 мл КОЕ 1/мл не более 50 Контроль – min – min – min – 7 15 min – 5 30 min – 2 45 min – 0 60 min – 0 Общие колиморфны е бактерии (ОКБ), КОЕ/1 мл Не допускаются в 100 мл Контроль – min – 0 5 min – 0 10 min – 0 15 min – 0 30 min – 0 45 min – 0 60 min – 0 В таблице представлены результаты санитарно- микробиологического анализа загрязненной воды, взятой из реки Томь. Анализ проведен сотрудниками микробиологической лаборатории ФБУ «Томский центр стандартизации и метрологии». Анализировались пробы загрязненной воды, в 100 мл которой разное время выдерживались образцы полипропиленового волокна с закрепленными наночастицами диоксида титана в количестве 5,7 мг/г. Более подробно результаты бактериологических исследований изложены нами в [5].

Фотодеградация органических загрязнений Было выявлено, что действие УФ излучения (длина волны изл = 354 нм) в течение 30 мин на систему «TiO 2 - ППВ» в воде с загрязнителем приводит к уменьшению концентрации фенола в 4 раза.

Выводы Полипропиленовое волокно может быть использовано в качестве носителя фото активных наночастиц, синтезированных и закрепленных в условиях СВЧ воздействия, так как является химически устойчивым, нетоксичным, дешевым диэлектрическим материалом с развитой удельной поверхностью и небольшим гидравлическим сопротивлением. Установлено, что полипропиленовый носитель, содержащий на поверхности не менее 2,1±1,3 мг/г наночастиц TiO 2, позволяет производить антибактериальную очистку воды с высокой эффективностью (за 2 минуты полностью уничтожить колиморфные бактерии, а за пять минут – уменьшить ОМЧ до значений ниже ПДК). Работа имеет практическое значение, т.к. полученные результаты могут использоваться при производстве фильтров на основе полипропиленовых волокон.

Литература 1. Лукашевич О.Д. Экологические и технологические аспекты качества вод//Вода и экология. Проблемы и решения. – – С Соболева Н.М., Носонович Н.М., Гончарук В.В. Гетерогенный фотокатализ в процессах обработки воды//Химия и технология воды. – т С Измагилов З.Р. Синтез и стабилизация наноразмерного диоксида титана / З.Р. Измагилов, Л.Т. Цикоза, Н.В. Шикина [и др.] // Успехи химии. – – 78 (9). – С. 942– Лысак Г.В., Лысак И.А., Малиновская Т.Д., Волокитин Г.Г., Отмахов В.И. Фильтрующий материал и способ его получения. Патент на изобретение Ruhov A.S. Photoinduced Bactericidal Activity of titanium Dioxide Nanoparticles Attached to the Surface of Polypropylene Fibers / A.S. Ruhov, T.D. Malinovskaya, V.I. Sachkov, M. A. Mishchenko //International Journal of Advanced Materials Research.