Учёные России и Тайваня научились очищать воду с помощью золота и квантовых точек

«Знание точных характеристик материала позволило нам создать композит из квантовых точек и наночастиц золота и применить его в различных фильтрах, используемых как для очистки воды от примесей, так и для определения белков в крови», — заявила руководитель лаборатории наноуглеродных материалов МФТИ (Долгопрудный) Елена Образцова, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Квантовые точки представляют собой полупроводниковые наночастицы, чьи размеры и форма подобраны таким образом, что они ведут себя как искусственный атом. Как и его реальные аналоги, этот рукотворный атом способен взаимодействовать с волнами света, поглощать их и преобразовать в другие формы колебаний. Характер этих взаимодействий, а также свойства вырабатываемого свечения сильно зависят от размеров и формы квантовых точек.

Российские ученые и их коллеги из Китая приспособили квантовые точки, изготовленные из наночастиц графена, для создания очень эффективных систем очистки воды. Как отмечают ученые, созданный ими материал при этом способен выявлять даже самые незаметные следы определенных ионов и биологических молекул, которые присутствуют в очищаемой жидкости.

Высокотехнологичный фильтр для воды

Разработка исследователей представляет собой пористый полимерный композитный материал, по толще которого очень равномерно распределены квантовые точки и наночастицы золота. Ученым удалось добиться этого при помощи созданной в Китае технологии плазменного производства наноструктур из графена и золота, которая позволяет быстро и дешево получать квантовые точки и наночастицы из дешевого сырья — полисахарида хитозана и растворов солей золота.

Эти наноструктуры ученые поместили внутрь пористого полимера, который активно пропускает через себя воду, но при этом не мешает квантовым точкам и частицам золота взаимодействовать со светом и присутствующими в воде ионами тяжелых металлов и биологическими молекулами. Реакции между этими веществами и наноструктурами приводят к уничтожению токсинов и микробов, а также позволяют выявлять присутствие ионов свинца, ртути и других опасных элементов в воде по тому, как меняется свечение квантовых точек.

Работу нескольких прототипов систем очистки воды на базе данного композита ученые проверили на растворах различных красителей и солей тяжелых металлов. Оказалось, что фильтр на базе квантовых точек и наночастиц золота очень быстро разлагал органические молекулы и фиксировал даже небольшие следы присутствия солей ртути в воде. В среднем каждый килограмм этого материала способен ежедневно очищать около 2,8 тыс. литров воды.

Созданный исследователями материал и его усовершенствованные аналоги, как надеются ученые, станет основой для новых промышленных и индивидуальных систем очистки воды, а также мониторинга ее безопасности. Это позволит улучшить доступ к питьевой воде в тех регионах мира, где сейчас наблюдаются проблемы с ее качеством, подытожили исследователи.