Нанопомощь воздуху и воде
В Украине действует целевая комплексная программа фундаментальных исследований «Наноструктурные системы, наноматериалы, нанотехнологии» Национальной Академии наук и Министерства образования и науки. Ее приоритетные направления — процессы самоорганизации, диагностики и моделирования наносистем, гетерогенного катализа, наноэлектрохимии, соединения и сварки элементов конструкций, создания материалов электронной техники, полупроводниковых структур, гибридных нанокомпозитов, получения наночастиц в растворах и биосовместимых керамик…
Именно по этим «дорожным картам» работают ученые Украинского государственного химико-технологического университета (УГХТУ). О своих исследованиях «УТГ» рассказывают профессор кафедры физической химии доктор химических наук Александр Величенко и доцент той же кафедры кандидат химических наук Татьяна Лукьяненко.
«Картина маслом»
— Александр Борисович, что нового в украинской химической науке «про нано»?
— Новшества диктует сама реальность. К примеру, вы знаете, что воду из Славутича (даже дважды очищенную!) пить нельзя? В ней запредельны концентрации токсинов, вирусов и даже трупных ядов! При этом представители Днепропетровского водоканала заявляют, что качество питьевой воды отвечает нормам действующего ГОСТа 2874-82. Но уже ни для кого не секрет колоссальные количества промышленных и химических отходов (особенно радиоактивных) в Приднепровском регионе. Воду из колодцев в Таромском и Сухачевке (на границе с Днепродзержинском) использовать тоже крайне опасно, особенно весной: остатки ураново-плутониевых отходов Приднепровского химического завода активно проникают туда даже сквозь природные земляные и искусственные фильтры.
Недавно начальник водоканала Павел Корженко озвучил совсем уж уникальные данные: через 2 года (аккурат под Евро-2012) одному из фильтров предприятия исполнится 100 лет! А вообще, по его словам, вода Славутича—Борисфена очищается фильтрами выпуска 1912—1968 годов. Кроме того, 70% всех водопроводных труб полностью изношены.
Добавим к этому стоки многочисленных медицинских учреждений. Эти отходы, напичканные трупными ядами, вирусами и микробами, никоим образом не обрабатываются, а вреднейшие компоненты не подвергаются деструкции.
Такая вот водичка после самой примитивной хлорной дезинфекции течет прямиком в наши реки, ручьи и родники. Старые методы очистки медицинских стоков и утилизации отходов врачевания совершенно неэффективны. Вирусы гепатита, стафилококка, туберкулеза и туляремии отлично приспособились к самым мощным антибиотикам и сульфаниламидам. А уж к хлорке — и подавно.
Добавим к этому десятки тысяч тонн старых удобрений, средств защиты растений и гербицидов, лежащих под открытым небом или в примитивных полуразрушенных хранилищах.
Такая вот «картина маслом». Использование разработанных нами металлооксидных и недорогих нанокатализаторов абсолютно необходимо при строительстве новых систем очистки воды и утилизации промышленных ядовитых отходов, особенно фенолов и пестицидов.
Так что всеми силами пытаемся создать оборонное «нано-оружие» в виде новейших технологий и изделий. Этим занимается моя ученица, молодой доцент Татьяна Лукьяненко.
Фильтруем, разрушаем, очищаем…
— Татьяна Викторовна, расскажите, пожалуйста, подробнее о ваших электрохимических и нанотехнологических инновациях.
— Прежде всего отмечу, что наши научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы проводятся в рамках целевых научно-технических программ НАНУ и МОН. Потому и проблемы мы решаем комплексные: создание новейших нанокомпозиционных керамических электрокатализаторов для использования в различных электрохимических техпроцессах (насыщение воды кислородом, синтез разнообразных органических и неорганических соединений). И, разумеется, создаем новые технологии по очистке воды, воздуха и почвы, разрушению тех токсических веществ, коими наша окружающая среда насыщена сверх меры. Старые методы здесь не действуют: те же пестициды с гербицидами, отходы медицины и химической промышленности они «не берут».
— Подобные разработки активно ведутся в США, Китае, Японии… В чем особенность украинских исследований?
— Создание методов направленного синтеза новых материалов с заданными свойствами — одно из приоритетных направлений современной науки. При этом все большее внимание уделяется различным электрохимическим методам — они проще в реализации, требуют меньше средств на аппаратурное оформление, позволяют управлять составом и свойствами материалов путем вариации и мониторинга режимов электролиза и состава электролита. Очень интересны методы электрохимического получения оксидных композитов различного предназначения.
Изюминка наших разработок в том, что без высоких температур, а только электрохимическими методами мы можем управлять изменением размеров наночастиц в процессе получения катализатора их металлооксидов. К примеру, при формировании коллоидного раствора получаем частицы двуокиси титана размером в 2—3 нм.
Путем введения электрода в раствор мы заставили новые нанокатализаторы работать в видимом свете (раньше такого не было, они функционировали только в ультрафиолете).
— Сегодня в качестве катализаторов очень популярны нанокомпозиты из платины (особенно в новых автомоторах для снижения выбросов по стандартам «Евро-4» и «Евро-5»). Но стоимость этого металла «зашкаливает». Именно по этой причине вы выбрали распространенные оксиды, которые стоят дешевле?
— Конечно, цена исходного сырья очень важна. Но у него есть и много других плюсов. Двуокиси свинца и марганца из-за простоты их электрохимического получения, высокой коррозионной стойкости, низкой стоимости и высокой каталитической активности широко применяются в современных электрохимических процессах (особенно в водородных источниках тока и накопителях энергии, технологиях разрушения токсических веществ в сточных водах). Кроме того, очень интересны для исследований композиты с добавками поверхностно-активных веществ (ПАВ) и полиэлектролитов (ПЭ). При сохранении базовых свойств PbО2, MnO2 их состав, физико-химические особенности и электрокаталитическая активность могут варьироваться в широких пределах.
Будем накапливать!
— Александр Борисович, можно ли сказать, что украинские ученые — в лидерах по разработке нового нанооружия против ядов и токсинов?
— Результаты, ожидаемые от внедрения наших наноразработок, уверен, станут прорывными не только для нашей страны, но и для всей Европы. Они отвечают мировому уровню развития современной электрохимии, имеют значительную теоретическую ценность и обязательно должны стать научной основой для создания новейших экологически безопасных технологий и материалов.
Мы все время движемся вперед. К примеру, существует серьезная проблема, касающаяся экологии автотранспорта. Она связана с утилизацией добавки к топливу — метатетрабутилэфира. МТБЭ хорошо справляется с повышением октанового числа бензина и КПД двигателя внутреннего сгорания. Но у нее есть и серьезные недостатки — очень токсична, дурно пахнет и не подвержена биологической деструкции. Где происходит ее разлив, там образуется мертвая и «благоухающая» зона. Мы уже провели опыты по разложению этого эфира при помощи наших нанокатализаторов и получили успешные результаты. Теперь занимаемся патентованием ноу-хау и техпроцесса.
И еще пару слов о нашем научном лидерстве. Сегодня, когда активно развиваются технологии водородного топлива и широко используются электромобили, очень актуальна проблема создания резервных накопителей энергии. Это абсолютно новый проект в духе нового века! Пока им занимаются только две научных группы в мире: в нашем УГХТУ и британском университете Саутгемптона. Мы с англичанами и сотрудничаем, и конкурируем. Но главное — совместно создаем новое направление в технике и науке третьего тысячелетия.
Александр Величенко
Профессор кафедры физической химии, ведущий научный сотрудник НИИ гальванохимии УГХТУ. Уроженец Кривого Рога. В 1983 году с отличием окончил химический факультет Днепропетровского национального университета. В 1988-м защитил кандидатскую диссертацию, в 2003 году стал доктором химических наук по специальности «электрохимия».
Член Американского электрохимического общества (The Electrochemical Society), Международного электрохимического общества (International Society of Electrochemistry), Совета по проблемам электрохимии НАНУ, экспертного совета по химии МОН Украины, специализированного ученого совета по специальности «техническая электрохимия». Профессор знаменитых зарубежных университетов: Барселоны (Испания), итальянской Феррары и американского Сиэттла, им. Пьера и Марии Кюри (Франция).
Автор 158 научных работ.
Татьяна Лукьяненко
Кандидат химических наук по специальности «электрохимия» (2005 г.) Доцент кафедры физической химии УГХТУ. Автор более полусотни научных статей, опубликованных в известных международных журналах, соавтор монографии «Перспективы использования гипохлоритов в ветеринарной медицине» (2009 г.).
Справка «УТГ»
По итогам конкурса Днепропетровской облгосадминистрации для лучших молодых ученых в 2009 году грант в сумме 15000 грн получила доцент УГХТУ Татьяна Лукьяненко за работу «Нанокатализаторы на основе двуокисей свинца и марганца: электроосаждение и электрохимические свойства».
