Фотокаталитически активные полимерные композиции, содержащие наноструктурированный диоксид титана, и их потенциальное применение

Проект направлен на разработку новых ресурсосберегающих фотокаталитических систем путем легирования наиболее распространенного фотокатализатора – диоксида титана – наночастицами серебра, меди, платины или частицами оксида цинка с помощью полимерных носителей последних для задач очистки сточных вод от органических загрязнителей различной природы и обеззараживания помещений сельскохозяйственного назначения от патогенных бактерий. Легирование титаноксидного компонента указанными модификаторами в наноструктурированной форме обеспечит расширение его спектра поглощения и снижение ширины его запрещенной зоны, что позволит «запускать» фотокаталитические процессы при световом воздействии как в УФ-, так и в видимом диапазоне длин волн. Модификация TiO2 будет происходить с использованием методов «зеленой» химии, предполагающих нетрудоемкие энергосберегающие методы, не требующие дополнительной очистки продуктов. Для этого в качестве носителей наночастиц металлов и оксидов металлов будут использованы полимерные матрицы различной природы - на основе сополимеров (мет)акрилового ряда и биодеградируемых полисахаридов (хитозана и модифицированного крахмала). Наночастицы будут сформированы при УФ- или химическом (с использованием гидразин гидрата) восстановлении соответствующих прекурсоров (AgNO3, соединения меди и платины) непосредственно в полимерных матрицах. Для всех синтезированных композитов будет выполнено сопоставление состава и структуры со способностью титаноксидного компонента к фотоиндуцированному переходу Ti(IV) + e- <-> Ti(III), сопровождающемуся обратимым разрывом связи Ti – O и генерированием активных форм кислорода, участвующих в фотокаталитических процессах. Будут изучены фотокаталитические свойства композитов в реакциях разложение органических веществ – стойких загрязнителей воды (фенолов, азо-красителей) при действии как УФ, так и видимого света в нескольких циклах использования. Будут выявлены оптимальные условия проведения фотокаталитических реакций (подобрано соотношение компонентов в материале, содержание фотокатализатора в системе) и производен контроль продуктов разложения загрязнителей и содержания общего органического углерода в воде. В связи с тем, что в последние годы исследователями отмечается неспецифичность действия активных форм кислорода, генерируемых в титаноксидным компоненте при действии света, по отношению к патогенным бактериям в рамках проекта будут исследованы бактерицидная активность разработанных композитов. При этом модификация титаноксидного компонента наночастицами серебра, меди и оксида цинка призвана усилить антибактериальные свойства композитов, что позволит исключить применение токсичных биоцидов, а использование для этого полисахаридной матрицы обеспечит дополнительную биодеградацию материала. Совокупность полученных результатов позволит разработать новые высокоэффективные фотокаталитические системы, работающие при как при действии УФ-, так и видимого света перспективных для очистки сточных вод от органических загрязнителей и обработки сельскохозяйственных помещений от патогенных бактерий. Возможность реализации проекта обусловлена оригинальными разработками, положенными в основу синтетической части проекта, накопленным опытом получения наноструктурированного диоксида титана в полимерных матрицах различной природы, имеющимся заделом по данной теме и наличием современного оборудования.