«Зеленый» материал из оксида титана: ученые ЮУрГУ создали покрытия, которые очищают воздух от пыли по принципу устьиц растений
Загрязнение воздуха является одной из наиболее актуальных и острых экологических проблем. По данным Всемирной организации здравоохранения, каждый год около 7 миллионов человек умирают от причин, связанных с загрязнением атмосферы. Особенно опасны для здоровья ультрамелкие частицы пыли, которые могут проникать в легкие и кровеносную систему.
Существуют различные способы борьбы с загрязнением воздуха. Однако эти методы не всегда эффективны, дороги или сложны в реализации. Поэтому ученые по всему миру ищут новые и инновационные решения, которые могут помочь очистить атмосферу от вредных примесей.
Одно из таких решений было предложено исследователями Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ), которые разработали покрытия, которые могут поглощать микро- и наночастицы, аналогично устьицам на листьях растений. Устьица — мельчайшие отверстия на поверхности листьев, через которые растения обмениваются газами с окружающей средой. Устьица выполняют роль натуральных фильтров, задерживая ультрамелкую пыль и другие загрязняющие вещества.
Исследователи ЮУрГУ использовали мезопористые сферические частицы оксида титана в качестве основы для этих покрытий. Оксид титана — неорганическое соединение, которое широко применяется в различных областях за счет своих оптических и фотокаталитических свойств.
Химики синтезировали мезопористые частицы оксида титана и добавили их к силикату калия или калийному жидкому стеклу. В результате получили пористые покрытия, которые могут задерживать мелкую промышленную пыль. Это открытие было опубликовано в престижном журнале «Journal of Non-Crystalline Solids».
Кроме того, ученые предложили состав силикатной фасадной краски, которая обладает функцией очистки воздуха от ультрамелких частиц. Эта экологически безопасная краска не содержит органических компонентов и может использоваться не только для фасадов зданий, но и для промышленных помещений. Ее также можно применять для нанесения бордюров на дороги города или для дорожной разметки. В первом случае краска будет задерживать микрочастицы промышленной пыли, а во втором случае она сможет собирать невыхлопные транспортные частицы, образующиеся при истирании дорожного полотна или шин. Просто промыв поверхность под напором воды можно очистить забитые «устьица» и снова использовать краску в качестве фильтра.

Устьице под микроскопом
На данный момент в ЮУрГУ работают над тем, чтобы состав краски позволял не только задерживать пыль, но и удалять органические загрязнения из воздуха.
Ученые обнаружили, что некоторые гранулы оксида титана, которые они использовали для создания покрытий и красок, могут действовать как антибактериальные агенты. Они провели эксперименты с различными видами бактерий, в том числе с кишечной палочкой (Escherichia coli) и стафилококком (Staphylococcus aureus). Они выяснили, что при освещении ультрафиолетовым светом гранулы оксида титана выделяют активный кислород, который разрушает клеточные мембраны бактерий и приводит к их гибели.
Этот эффект был более выражен для гранул оксида титана с анатазной структурой, чем для гранул с рутильной структурой. Анатаз и рутиль — две разные модификации оксида титана (IV), которые имеют разную форму кристаллов. Анатаз имеет тетрагональную форму, а рутиль — тетрагональную призматическую. Анатаз более активен как фотокатализатор, чем рутиль, потому что он имеет большую поверхность и меньший размер частиц.
Ученые ЮУрГУ также изучили влияние добавления других элементов к оксиду титана на его антибактериальную активность. Они обнаружили, что допирование оксида титана серебром или железом усиливает его способность убивать бактерии. Серебро и железо — металлы, которые могут увеличить количество электронов и дырок на поверхности оксида титана, а также способствовать образованию перекиси водорода и свободных радикалов, которые также разрушают бактерии.
В результате микробиологических исследований удалось показать, что суспензии некоторых гранул фотокаталитического оксида титана эффективно уничтожают бактерии кишечной палочки и стафилококка.
Существуют различные способы борьбы с загрязнением воздуха. Однако эти методы не всегда эффективны, дороги или сложны в реализации. Поэтому ученые по всему миру ищут новые и инновационные решения, которые могут помочь очистить атмосферу от вредных примесей.
Одно из таких решений было предложено исследователями Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ), которые разработали покрытия, которые могут поглощать микро- и наночастицы, аналогично устьицам на листьях растений. Устьица — мельчайшие отверстия на поверхности листьев, через которые растения обмениваются газами с окружающей средой. Устьица выполняют роль натуральных фильтров, задерживая ультрамелкую пыль и другие загрязняющие вещества.
Исследователи ЮУрГУ использовали мезопористые сферические частицы оксида титана в качестве основы для этих покрытий. Оксид титана — неорганическое соединение, которое широко применяется в различных областях за счет своих оптических и фотокаталитических свойств.
Химики синтезировали мезопористые частицы оксида титана и добавили их к силикату калия или калийному жидкому стеклу. В результате получили пористые покрытия, которые могут задерживать мелкую промышленную пыль. Это открытие было опубликовано в престижном журнале «Journal of Non-Crystalline Solids».
Кроме того, ученые предложили состав силикатной фасадной краски, которая обладает функцией очистки воздуха от ультрамелких частиц. Эта экологически безопасная краска не содержит органических компонентов и может использоваться не только для фасадов зданий, но и для промышленных помещений. Ее также можно применять для нанесения бордюров на дороги города или для дорожной разметки. В первом случае краска будет задерживать микрочастицы промышленной пыли, а во втором случае она сможет собирать невыхлопные транспортные частицы, образующиеся при истирании дорожного полотна или шин. Просто промыв поверхность под напором воды можно очистить забитые «устьица» и снова использовать краску в качестве фильтра.

Устьице под микроскопом
На данный момент в ЮУрГУ работают над тем, чтобы состав краски позволял не только задерживать пыль, но и удалять органические загрязнения из воздуха.
Ученые обнаружили, что некоторые гранулы оксида титана, которые они использовали для создания покрытий и красок, могут действовать как антибактериальные агенты. Они провели эксперименты с различными видами бактерий, в том числе с кишечной палочкой (Escherichia coli) и стафилококком (Staphylococcus aureus). Они выяснили, что при освещении ультрафиолетовым светом гранулы оксида титана выделяют активный кислород, который разрушает клеточные мембраны бактерий и приводит к их гибели.
Этот эффект был более выражен для гранул оксида титана с анатазной структурой, чем для гранул с рутильной структурой. Анатаз и рутиль — две разные модификации оксида титана (IV), которые имеют разную форму кристаллов. Анатаз имеет тетрагональную форму, а рутиль — тетрагональную призматическую. Анатаз более активен как фотокатализатор, чем рутиль, потому что он имеет большую поверхность и меньший размер частиц.
Ученые ЮУрГУ также изучили влияние добавления других элементов к оксиду титана на его антибактериальную активность. Они обнаружили, что допирование оксида титана серебром или железом усиливает его способность убивать бактерии. Серебро и железо — металлы, которые могут увеличить количество электронов и дырок на поверхности оксида титана, а также способствовать образованию перекиси водорода и свободных радикалов, которые также разрушают бактерии.
В результате микробиологических исследований удалось показать, что суспензии некоторых гранул фотокаталитического оксида титана эффективно уничтожают бактерии кишечной палочки и стафилококка.
- Евгения Бусина
- ЮУрГУ
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
В Красноярске обнаружены следы глобальной катастрофы, случившейся 12 800 лет назад
Это было внезапно, ужасно и очень быстро: гигантская волна или ударная волна прошлась по этим местам, сметая все на своем пути и перетасовывая кости людей,...
Кто убивает итальянских волков: зоологи были потрясены кадрами с автоматической камеры
Трагический эпизод показал, что некоторые зоологические теории придется кардинально пересмотреть. У серых хищников есть неожиданные враги...
Почему Христос умер на кресте быстрее, чем разбойники: ученые объяснили эпизод из Нового Завета
Поразительно, но это был целый клубок событий, которые произошли в последние сутки до распятия...
Атомная катастрофа Гитлера: оказывается, немцы едва не устроили собственную Хиросиму еще в 1942 году
Почему громкая авария в лаборатории поставила жирный крест на мечтах Германии поработить всю планету?...
300-летний секрет «золотых» скрипок Страдивари наконец-то разгадан?
И почему ученые в поисках тайны забрели в отдаленную долину в самом сердце Итальянских Альп?...
Американский «Чернобыль-80»: эта катастрофа едва не изменила всю историю США
Эксперты говорят: лишь счастливая случайность не позволила взорваться заряду в 600 (!) раз мощнее хиросимской бомбы...
80 лет без Звезды Героя: почему офицер, поставивший Знамя Победы, не получил заслуженную награду при жизни?
Только указ Президента России смог исправить одну из самых вопиющих несправедливостей в советской истории...
Обнаружена древнейшая карта ночного неба, которая 2000 лет считалась утраченной навсегда
Это был настоящий научный детектив: текст скрывался в неожиданном месте. Современные технологии доказали, что написанное раз стереть полностью уже невозможно...
«Кровавая» история водопада Блад-Фоллс: почему ученые сравнивают это место с Марсом?
Эта антарктическая аномалия больше века не давала покоя исследователям, но в 2018 году завеса тайны все же приоткрылась...
Каменный топор со дна реки может переписать древнейшую историю Сибири
По словам ученых, получился отличный научный детектив: добыча золота, артефакт бронзового века, забытая цивилизация...
Почему на Иран обрушился черный дождь и насколько он опасен?
Экологи говорят: агрессивные действия США и Израиля поставили под угрозу здоровье миллионов людей по всей планете...
Гениальное ДНК-«мошенничество»: ученые раскрыли секрет рыбы, которая плевать хотела на главные законы биологии
100 000 лет успешного клонирования: амазонская моллинезия просто... копирует себя. И при этом удивительно успешно ремонтируют поврежденные гены, насмехаясь над...