Các doanh nghiệp dệt may và dược phẩm tạo ra nhiều chất thải hóa học, ví dụ, hydrocarbon thơm hoặc bán thành phẩm (sản phẩm trung gian còn sót lại sau phản ứng) gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy, chúng cần được phân hủy thành các hợp chất không độc hại - nước và carbon dioxide. Thông thường, những phản ứng như vậy được thực hiện bằng cách sử dụng oxy mức đơn (singlet oxygen) có các phân tử O2 ở mức năng lượng cao hơn oxy thông thường. Nhờ năng lượng này, oxy mức đơn kết hợp tích cực hơn với các chất hữu cơ và oxy hóa chúng mạnh hơn, đó là lý do tại sao những chất này bị phá hủy.
Ngày nay, oxy mức đơn được tạo ra bằng cách sử dụng các loại bóng đèn tạo tia cực tím và chất xúc tác kim loại, nhưng chúng có hai nhược điểm: khá đắt và cũng nguy hiểm cho các sinh vật sống trong nước - ví dụ, chúng giết chết thực vật phù du – nguồn thức ăn cho cá. Do đó, các nhà khoa học đang tìm kiếm những phương pháp rẻ hơn và an toàn hơn để sản xuất oxy mức đơn nhằm phân hủy chất thải hữu cơ nguy hại và để sản xuất thuốc.
Các nhà khoa học từ Đại học Hóa học và Công nghệ Ivanovo (thành phố Ivanovo) cùng với các đồng nghiệp từ các tổ chức khoa học khác của Nga đã tổng hợp được sáu chất quang xúc tác có khả năng “sản xuất” oxy mức đơn dưới tác động của ánh sáng khả kiến (đèn mặt trời hoặc đèn LED). Quá trình này xảy ra do chất xúc tác nhận năng lượng ánh sáng và sau đó chuyển nó sang các phân tử oxy và bằng cách này kích hoạt chúng.
Các tác giả của nghiên cứu phát hiện ra rằng, dưới tác dụng của ánh sáng, các chất quang xúc tác này chuyển đổi oxy thông thường thành oxy mức đơn với hiệu suất từ 49% đến 62%. Để so sánh, các chất xúc tác dựa trên hợp chất titan và vonfram đang được sử dụng rộng rãi có hiệu suất chuyển đổi 30%.
Theo các nhà nghiên cứu, các chất quang xúc tác mới có thể được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước thải của các nhà máy, xí nghiệp. Dưới tác động của ánh sáng năng lượng thấp từ đèn LED tương đối rẻ tiền, chúng có thể chuyển đổi oxy thông thường thành oxy mức đơn, còn oxy mức đơn sẽ biến các bán thành phẩm của thuốc và hydrocacbon thơm thành nước và carbon dioxide. Theo các nhà khoa học, việc sử dụng ánh sáng khả kiến để tạo ra oxy mức đơn sẽ giảm đáng kể chi phí của quá trình xử lý chất độc hại, vì đèn LED rẻ gấp 65–70 lần so với đèn cực tím.
Các thí nghiệm đã cho thấy điều gì?
Ngoài ra, các thí nghiệm đã chỉ ra rằng, các chất quang xúc tác mà các nhà khoa học thu được có thể chuyển đổi sunfua thành sulfoxide, một phần của thuốc điều trị ung thư và các bệnh về hệ thần kinh, với hiệu suất lên tới 100%. Hơn nữa, các tác giả nghiên cứu cho rằng, các chất quang xúc tác mới có thể được sử dụng tới một nghìn lần mà không làm giảm hiệu quả, tương đương với các chất quang xúc tác đang được sử dụng trong ngành công nghiệp để “sản xuất” sulfoxide.
“Chúng tôi dự định thực hiện các cuộc thử nghiệm với các chất quang xúc tác có cấu trúc hóa học khác nhau, đồng thời thử nghiệm chúng song song với các chất khác có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm, chẳng hạn như titanium dioxide, carbon nitride và graphene. Các cuộc thử nghiệm này sẽ giúp chúng tôi không chỉ cải thiện các đặc tính của các chất quang xúc tác đang được sử dụng mà còn phát triển các chất mới và bằng cách này cải thiện các công nghệ phân hủy các hợp chất hóa học độc hại trong nước", - ông Ivan Skvortsov, nhà nghiên cứu cao cấp tại Phòng thí nghiệm tổng hợp và nghiên cứu porphyrazinoids thuộc Đại học Hóa học và Công nghệ Ivanovo, người đứng đầu dự án được hỗ trợ bởi một khoản trợ cấp từ Quỹ khoa học Nga, cho biết.