«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.



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.