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

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

2 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].

3 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

4 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.

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

6 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)

7 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

8 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

9 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].

10 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.

11 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.

12 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.