Kemikere udvikler miljøvenlige nanokompositter fra frugt- og bærskal

En RUDN-kemiker syntetiserede nanomaterialer til vandrensning, katalyse af organiske reaktioner og sensorer. Stofferne er udviklet på basis af porøst kulstof med jernoxid og nitrogenpartikler. Artiklen blev publiceret i Anvendt overfladevidenskab .

Multifunktionelle kompositmaterialer med katalytisk, absorption, magnetiske, og andre egenskaber kan bruges i medicin, energisektoren, elektronik, og relaterede applikationer. De bedste blandt dem er materialer med ædelmetalpartikler. Imidlertid, de er ikke specielt billige og mister deres oprindelige egenskaber efter flere brug. Et omkostningseffektivt alternativ kan være nanomaterialer fra porøse kulstof- og jernoxider. RUDN-kemikere sammen med deres udenlandske kolleger syntetiserede en række af sådanne nanomaterialer og undersøgte deres potentielle anvendelse.

For at opnå en porøs kulstofbase til de nye nanokompositmaterialer, forskerne brugte et miljøvenligt og billigt materiale kaldet naringin. Det er et plantepigment (flavonoid) med bitter smag, der kan findes i drueskallen, tomater, og citrusfrugter, især i grapefrugter. For at syntetisere nanokompositmaterialerne, naringin blev blandet i vandopløsninger med ikke-organiske jernholdige salte. Forskellige forhold mellem kulstof og jernprækursorer blev testet i 17 samtidige eksperimenter for at finde en optimal variant. I alle andre aspekter var procedurerne identiske:opløsningerne blev omhyggeligt blandet, opbevaret i en autoklave i 10 timer, og derefter kalcineret i et nitrogenmiljø. De opnåede kompositmaterialer lignede sort pulver og indeholdt både jernoxider og nitrogen. Jern gav dem magnetiske egenskaber, og kulstofbasen høj porøsitet og større overfladearealer.

RUDN-kemikere analyserede potentialet i de nye materialer i to typer eksperimenter. Den første omfattede fjernelse af organiske farvestoffer fra vand. Materialet formåede næsten fuldstændigt at fjerne tre forskellige farvestoffer - krystalviolet, rhodamin B, og thionin - på 15 minutter. Det viste sig, at kompositmaterialerne også kunne genbruges. Farvestofferne opsamlet fra vandet kan nemt skylles af nanomaterialet med ethanol, og den rensede komposit - fjernet fra ethanolopløsning med en magnet. I det andet forsøg faldt kompositmaterialets effektivitet i vandrensning kun med 3-4%.

Den anden type undersøgelser var kolorimetrisk analyse, dvs. at bestemme koncentrationen af ​​kemiske stoffer i en opløsning at dømme efter dens farve. En sensor udviklet på basis af nanokompositmaterialerne viste sig at detektere selv de mindste mængder hydrogenperoxid og glukose (fra 0,1 mcM for hydrogenperoxid og 2,6 mcM for glukose). Den katalytiske aktivitet af kompositmaterialet fik substratet til at blive lyseblåt i nærvær af disse stoffer, og farveændringer var synlige for det blotte øje, selv når sensoren blev testet på energidrikke og juice fortyndet 200 gange. Ligesom i den første række af eksperimenter, nanomaterialerne viste høj stabilitet og genanvendelighed.

"Det er måske det første eksempel i litteraturen på et så alsidigt materiale med så mange forskellige fremragende anvendelser, " siger Rafael Luque, Direktør for Center for Molekylært Design og Syntese af Innovative Forbindelser til Medicin, og gæsteforsker ved RUDN. "Porøse kulstofkompositmaterialer med jern- og nitrogenpartikler kan bruges til vandbehandling, kvalitetsanalyse og medicinfelter, hidtil uset i denne type materialer".

Deltagerne i undersøgelsen repræsenterede også Changchun Institute of Applied Chemistry og University of the Chinese Academy of Sciences, Hefei University of Science and Technology (Kina), Universitetet i Gujarat (Pakistan), Universitetet i Cordoba (Spanien), og University of Jimma (Etiopien). Arbejdet blev støttet af 5-100 programmet.