El químico RUDN propuso catalizadores efectivos para purificar el agua de la cafeína

Muchos procesos industriales y domésticos contaminan el agua. Probar el agua en busca de cloro o sales metálicas es un proceso rutinario, pero algunas sustancias han comenzado a entrar en el agua recientemente y queda por ver cuán peligrosas son. Por ejemplo, estas son partículas de microplásticos de cosméticos, residuos de medicamentos y cafeína de bebidas. La cafeína en sí misma no es un veneno. Pero tiene un efecto poderoso en los organismos vivos y puede distorsionar severamente el comportamiento y alterar la salud de los habitantes acuáticos. En las personas, la contaminación accidental del agua potable con cafeína puede ser contraproducente para la psique. Después de todo, esta sustancia es un estimulante fuerte, no por casualidad, junto con la industria alimentaria, se usa en farmacología.

«Para eliminar sustancias como la cafeína del agua, existen diferentes técnicas: tratamiento con ozono o cloro, filtración a través de membranas, absorción de contaminantes con carbono. Una de las formas más fáciles y ecológicas es aplicar fotocatalizadores como el dióxido de titanio. Pero en su forma pura, este material no tiene suficiente actividad fotocatalítica para uso industrial», Rafael Luque, PhD, jefe del centro científico" diseño Molecular y síntesis de compuestos innovadores para la medicina " de RUDN.

El químico RUDN realizó una serie de experimentos y refinó el dióxido de titanio mediante la fluoración y la adición de óxidos de cobre y níquel. Primero, el investigador preparó un polvo de dióxido de titanio con flúor y luego, al disparar a una temperatura de hasta 400°C, produjo compuestos sólidos con metales. Aunque el contenido de óxidos de cobre y níquel en ellos resultó ser pequeño, menos del 1% del volumen, las propiedades de los materiales cambiaron. Se volvieron menos porosos y el Tamaño de las celdas en su red cristalina aumentó.

La actividad fotocatalítica de los compuestos se comparó con la eficiencia del dióxido de titanio puro. Las soluciones acuosas de cafeína y 100 miligramos de cada catalizador se colocaron en un recipiente y se irradiaron con luz ULTRAVIOLETA de una lámpara de mercurio a alta presión. Además, la solución de cafeína se expuso a la radiación sin la participación de otros productos químicos. Resultó que hasta el 38% de la cafeína en el agua se descompone bajo la influencia de la luz ULTRAVIOLETA. El dióxido de titanio puro aumenta esta proporción hasta un 54%, el fluorado hasta un 78%. Los óxidos de níquel y cobre mostraron una eficacia aún mayor: en su presencia se descompuso hasta 88 y 90% de cafeína, respectivamente.

«La adición de metales hizo que la superficie del catalizador no fuera uniforme. Bajo un microscopio electrónico de transmisión, podemos distinguir en la estructura cristalina de los compuestos diferentes caras características, por ejemplo, para el óxido de cobre y para el dióxido de titanio con flúor. Las diferentes fases están en contacto cercano y forman heterouniones: secciones del semiconductor donde se produce una transferencia intensiva de electrones. Esto conduce a la formación activa de radicales hidroxilo, OH, que descomponen la cafeína», Rafael Luque, PhD, jefe del centro científico «diseño Molecular y síntesis de compuestos innovadores para la medicina» de RUDN.

Las diferencias en la estructura del material mejoraron notablemente la actividad fotocatalítica de los compuestos. La velocidad de reacción en presencia de catalizadores de níquel y cobre fue 4,2 veces mayor que con dióxido de titanio solo, y 2,8 veces mayor en comparación con el dióxido fluorado. El experimento mostró que los compuestos se pueden usar varias veces seguidas sin una disminución significativa en la actividad. Por lo tanto, el método propuesto por el químico RUDN no solo es ecológico, sino también potencialmente efectivo económicamente.

Los resultados se publican en la revista Chemosphere.