Wystarczy światło, aby oczyścić rzeki. Wyjątkowy wynalazek Polaków

Prace nad wykorzystaniem grafitowego azotku węgla odpowiadają na aktualne potrzeby ochrony środowiska, a także rozwiązań kryzysu energetycznego. Substancja, którą opracował zespół naukowców z Wydziału Inżynierii i Technologii Chemicznej PK może pełnić rolę foto- i elektrokatalizatora, który przyśpiesza proces degradacji organicznych zanieczyszczeń wody. Nowa substancja może być też przydatna do produkcji wodoru.

Badacze z Politechniki Krakowskiej skoncentrowali się na poszukiwaniu optymalnego katalizatora, który może rozkładać organiczne zanieczyszczenia np. pochodzące ze ścieków przemysłowych i komunalnych. Nowy materiał sprawdza się przy oczyszczaniu kolorowych chemikaliów (barwników) z zakładów produkujących tekstylia, czy kolorowy papier. "Badamy też jego właściwości pod kątem możliwości wpływania na proces produkcji wodoru" - mówi prof. PK na Wydziale Inżynierii i Technologii Chemicznej Katarzyna Matras-Postołek.

Opracowany katalizator badacze określili już "game changerem" w świecie chemii. To substancja, która zmienia mechanizm przebiegu danej reakcji. Jednak, aby katalizator spełnił swoją rolę w reakcji chemicznej, należy odkryć, jaki impuls pobudza go do działania. To np. działanie światła UV lub widzialnego, wysoka temperatura lub impulsy elektryczne. Aby katalizator był skuteczny, musi być stabilny i zdolny do ponownego odzyskania, a także nie może zużyć się w procesie, który katalizuje.

I taki właśnie stabilny katalizator powstaje na Politechnice Krakowskiej. Celem złożonych badań jest zaprojektowanie sposobu otrzymywania bardzo wydajnego foto- i elektrokatalizatora z azotku węgla. Jest on zdolny do degradacji zanieczyszczeń zawartych w wodzie, a także do produkcji wodoru.

Technologia, z której korzystają obecnie badacze na PK została opisana 1972 r. Istotą odkrycia naukowców było właśnie wykorzystywanie fotokatalizatorów, które pod wpływem energii świetlnej, przyspieszają procesy chemiczne.

Takim powszechnie używanym i dobrze poznanym fotokatalizatorem, którego używa się do konwersji energii i redukcji zanieczyszczeń jest dwutlenek tytanu (TiO₂). Naukowcy prowadzący badania na Politechnice widzą jednak w tym rozwiązaniu zasadniczą wadę. TiO₂ jest aktywny tylko w promieniowaniu UV. Dlatego grono ekspertów postanowiło opracować katalizator, który będzie mógł rozkładać zanieczyszczenia pod wpływem zwykłego światła słonecznego. To wpłynie m.in. na mniejsze wydatki związane z realizacją projektu.

Grafitowy azotek węgla ma pełnić w tym procesie rolę stabilnego materiału półprzewodnikowego złożonego z pierwiastków węgla i azotu. Będzie mógł być wykorzystany do budowy materiałów kompozytowych o  cechach foto-i elektrochemicznych.

Ilość zanieczyszczeń w wodach jest zatrważająca, dlatego badania prowadzone na Politechnice Krakowskiej dają nadzieję na usunięcie barwników jak oranż metylowy, błękit metylenowy czy rodamina B ze środowiska. Opracowany katalizator wystarczy dodać do zanieczyszczonej wody i poświecić przez kilkadziesiąt minut lampą lub pozostawić w świetle dziennym, by widzialne zanieczyszczenia uległy degradacji.