Активація пероксиду водню за допомогою гетерогенного Фентон-подібного каталізу є перспективним методом дезінфекції питної води. При розкладі пероксиду водню утворюються агресивні гідроксильні радикали, які легко руйнують оболонки бактерій. Важливим гігієнічним аспектом є те, що гідроксильні радикали не залишають по собі токсичних хлорорганічних продуктів, як це має місце у випадку хлорування води. Науковцями Прикарпатського університету під керівництвом директорки Центру хімічного матеріалознавства та нанотехнологій, доцентки кафедри хімії, кандидатки хімічних наук Тетяни ТАТАРЧУК створено гетерогенні Фентон-подібні металоксидні каталізатори з функцією регулювання активності для безхлорної дезінфекції води. Дослідження проводилися в рамках проекту «Інженерія металоксидних каталізаторів з функцією регулювання активності для гідроксорадикальної дезінфекції води» (МОН України, № 0121U109476, керівник проєкту – Тетяна ТАТАРЧУК).
Вагомі результати проекту нещодавно представлено у науковій статті «Fenton-like water disinfection using fixed-bed reactor filled with a CoFe2O4 catalyst: Mechanisms, the impact of anions, electromagnetic heating, and toxicity evaluation» у журналі Separation and Purification Technology (IF = 8.6, CiteScore = 12.7, Scopus), співавторами якої виступили: директорка Центру Тетяна ТАТАРЧУК, професор кафедри хімії Олександр ШИЙЧУК, аспірант ІІІ року навчання, провідний фахівець Центру Назарій ДАНИЛЮК, аспірантка І року навчання, провідна фахівчиня Центру Іванна ЛАПЧУК, доцент кафедри біохімії та біотехнології Віктор ГУСАК, та декан хімічного факультету Ягеллонського університету, професор Войчех МАЦИК (Wojciech MACYK).
Новизна наукових результатів полягає у використанні індукційного нагрівання для активації магнітних каталізаторів в процесі дезінфекції води у проточному реакторі. Досліджено, що електромагнітне нагрівання дає можливість підвищити ефективність каталізаторів у декілька разів. Значною перевагою індукційного нагрівання є відсутність градієнта температури всередині каталітичного шару. Електромагнітне поле прогріває каталізатор рівномірно в об’ємі і тому перехід до реактора збільшеного розміру не викликає значних змін швидкості утворення радикалів. Нагріта поверхня каталізатора створює додатковий ефект термічної інактивації мікроорганізмів. Кобальт-феритний каталізатор продемонстрував високу стабільність при довготривалих випробуваннях у проточному режимі. Використання гранул кобальтового фериту як Фентон-подібного каталізатора в проточному реакторі обіцяє прорив у галузі дезінфекції води. Каталітичний механізм утворення гідроксильних радикалів базується на окисно-відновних циклах Fe(ІІІ)/Fe(ІІ) і Co(ІІІ)/Co(ІІ). Позитивно заряджена поверхня фериту кобальту притягує негативно заряджені оболонки бактерій E. coli, що посилює їх інактивацію. Завершальним етапом стали токсикологічні дослідження очищеної води з використанням організмів різних трофічних рівнів (хлорела, дафнії). Біоіндикатори показали, що застосування електромагнітної активації каталізаторів суттєво зменшує залишкову токсичність очищеної води. Екотоксикологічний аналіз підтвердив відсутність токсичності очищеної води після використання системи CoFe2O4/H2O2 з електромагнітним нагріванням у присутності бікарбонат-іонів.
З текстом статті можна ознайомитися за посиланням: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.127748
