Zespół pracujący pod kierownictwem prof. dr hab. inż. Anny Zielińskiej-Jurek z Wydziału Chemicznego Politechniki Gdańskiej we współpracy z naukowcami linii ASTRA opracowali i scharakteryzowali nowy materiał półprzewodnikowy na bazie ortowanadanu bizmutu (BiVO₄) i sub-nanoklastrów tlenków miedzi (CuO_x). Materiał ten, pod wpływem światła widzialnego, jest w stanie efektywnie usuwać farmaceutyki w wodzie. Pomiary wykonane na synchrotronie SOLARIS metodą rentgenowskiej spektroskopii absorpcyjnej XAS umożliwiły sformułowanie wniosków dotyczących stanu utlenienia tlenków miedzi. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie „Separation and Purification Technology” wydawnictwa Elsevier.

Gwałtowny rozwój medycyny i przemysłu farmaceutycznego spowodował, że zanieczyszczenie farmaceutykami jest obecnie jednym z największych zagrożeń środowiskowych. Jednymi z najczęściej wykrywanych farmaceutyków w polskich ściekach są naproksen, popularny lek przeciwbólowy dostępny bez recepty, oraz ofloksacyna, antybiotyk. Związki te, znajdujące się w rzekach, jeziorach lub morzach, są trwałe i niepodatne na rozkład biologiczny, a konwencjonalne metody stosowane w oczyszczalniach ścieków zawodzą w ich usuwaniu.
Obiecującym sposobem usuwania farmaceutyków z fazy wodnej jest ich degradacja w procesie fotokatalizy heterogenicznej wspomaganej jonami peroksymonosiarczanowymi (HSO₅−, PMS). Procesy te bazują na generowaniu wysoce reaktywnych rodników w świetle słonecznym, które w wyniku reakcji z zanieczyszczaniami, są w stanie oczyszczać wodę.

Warunkiem przeprowadzenia tego procesu jest zastosowanie materiału półprzewodnikowego, który będzie zarówno inicjować reakcję chemiczną pod wpływem światła, jak również aktywował PMS. W tym celu, zespół badawczy zaproponował fotokatalizator CuO_x/BiVO₄, który z dodatkiem PMS wykazuje wysoką efektywność usuwania naproksenu (100 % degradacji w 60 min) oraz ofloksacyny (98,2 % w 120 min) w świetle widzialnym. Wyniki pomiarów wykonanych metodą rentgenowskiej spektroskopii absorpcyjnej XAS na linii ASTRA wskazały, że tlenki miedzi występują w formie sub-nanoklastrów, a ich sumaryczny stopień utlenienia wynosi 1,48. Wysoka aktywność proponowanego fotokatalizatora została utrzymana w kolejnych cyklach procesu, co korzystnie wpływa na możliwość wielokrotnego wykorzystania fotokatalizatora.

Rys 1. Fotokatalityczna degradacja a) naproksenu (NPX) i b) ofloksacyny (OFL) z wykorzystaniem BiVO₄ (BVO_NHV_W) i CuO_x/BiVO₄ (Cu/0.1 BVO_NHV_W) w świetle widzialnym (λ > 420 nm) z dodatkiem roztworu PMS. Parametry procesu: [NPX]₀ = 15 ppm, [OFL]₀ = 20 ppm, [PMS] = 0.1 mM

Autor: Marta Kowalkińska

Link do publikacji: Marta Kowalkińska, Alexey Maximenko, Aleksandra Szkudlarek, Karol Sikora, Anna Zielińska-Jurek, Addressing challenges of BiVO4 light-harvesting ability through vanadium precursor engineering and sub-nanoclusters deposition for peroxymonosulfate-assisted photocatalytic pharmaceuticals removal, Separation and Purification Technology, Volume 351, 24 December 2024, 127643 DOI:10.1016/j.seppur.2024.127643