Le chimiste RUDN a proposé des catalyseurs efficaces pour purifier l'eau de la caféine

De nombreux procédés industriels et domestiques polluent l’eau. Tester l’eau pour détecter la teneur en chlore ou en sels métalliques est un processus de routine, mais certaines substances ont commencé à entrer dans l’eau récemment et il reste à voir à quel point elles sont dangereuses. Par exemple, il s’agit de particules de microplastiques provenant de produits Cosmétiques, de résidus de médicaments et de caféine provenant de boissons. En soi, la caféine n’est pas un poison. Mais il a un effet puissant sur les organismes vivants et peut grandement fausser le comportement et perturber la santé des habitants de l’eau. Chez l’homme, la contamination accidentelle de l’eau potable par la caféine peut se retourner contre la psyché. Après tout, cette substance est un stimulant puissant, ce n’est pas un hasard avec l’industrie alimentaire qu’elle est utilisée en Pharmacologie.

«Pour éliminer les substances telles que la caféine de l’eau, il existe différentes techniques: traitement à l’ozone ou au chlore, filtration à travers les membranes, absorption des polluants par le carbone. L’un des moyens les plus simples et les plus écologiques consiste à utiliser des photocatalyseurs tels que le dioxyde de titane. Mais dans sa forme pure, ce matériau n’a pas une activité photocatalytique suffisante pour une utilisation industrielle», a déclaré Rafael Luque, PhD, responsable du centre scientifique «Molecular design and synthesis of Innovative composés for Medicine».

Le chimiste RUDN a mené un certain nombre d’expériences et a perfectionné le dioxyde de titane en fluorant et en ajoutant des oxydes de cuivre et de nickel. Le chercheur a d’abord préparé une poudre de dioxyde de titane avec du fluor, puis, par cuisson à 400°C, en a produit des composites solides avec des métaux. Bien que la teneur en oxydes de cuivre et de nickel en eux était faible — moins de 1% du volume — les propriétés des matériaux ont changé. Ils sont devenus moins poreux et la taille des cellules de leur réseau cristallin a augmenté.

L’activité photocatalytique des composites a été comparée à l’efficacité du dioxyde de titane pur. Des solutions aqueuses de caféine et 100 milligrammes de chaque catalyseur ont été placés dans un récipient et irradiés avec des ultraviolets provenant d’une lampe à Mercure haute pression. En outre, la solution de caféine a été soumise à des radiations sans la participation d’autres produits chimiques. Il s’est avéré que jusqu’à 38% de la caféine dans l’eau se décompose sous l’action de l’ultraviolet lui-même. Le dioxyde de titane pur augmente cette proportion à 54%, fluoré — à 78%. Les oxydes de nickel et de cuivre ont montré une efficacité encore plus grande: en leur présence, jusqu’à 88 et 90% de la caféine ont été détruits, respectivement.

«L’ajout de métaux a rendu la surface du catalyseur hétérogène. Au microscope électronique à transmission, nous pouvons distinguer dans la structure cristalline des composites différentes faces caractéristiques, par exemple, de l’oxyde de cuivre et du dioxyde de titane avec du fluor. Les différentes phases sont en contact étroit et forment des hétérojonctions: les zones du semi-conducteur où se produit un transfert d’électrons intense. Cela conduit à la formation active de radicaux hydroxyles-OH qui décomposent la caféine», a déclaré Rafael Luque, PhD, directeur du centre de recherche sur la conception Moléculaire et la synthèse de composés innovants pour la Médecine.

Les différences dans la structure du matériau ont nettement augmenté l’activité photocatalytique des composites. La vitesse de réaction en présence de catalyseurs au nickel et au cuivre était 4,2 fois supérieure à celle du dioxyde de titane seul et 2,8 fois supérieure à celle du dioxyde de fluorure. L’expérience a montré que les composites peuvent être utilisés plusieurs fois de suite sans réduction significative de l’activité. Par conséquent, la méthode proposée par le chimiste RUDN n’est pas seulement écologique, mais aussi potentiellement efficace économiquement.

Les résultats sont publiés dans la revue Chemosphere.