В медицине и биологии для окрашивания клеток бактерий, а также в текстильной промышленности в качестве красителя широко используется кристаллический фиолетовый. Это органическое вещество очень плохо разрушается в природных условиях, поэтому, попадая в сточные воды, может накапливаться и наносить вред живым организмам. Обычно воду очищают от него с помощью угольных фильтров или микробной обработки, однако эти способы недостаточно эффективны. Поэтому ученые ищут новые методы разрушения этого красителя.
Исследователи из Национального исследовательского Томского государственного университета (Томск), Института электрофизики УрО РАН (Екатеринбург) и Университета Мурсии (Испания) сравнили два способа разрушения кристаллического фиолетового, пока не используемых на практике. В рамках первого подхода это вещество, растворенное в воде, облучали ультрафиолетом с разными длинами волн — 222 и 282 нанометров. Первая, более короткая волна обладает большей энергией, а потому быстрее разлагает сложные органические молекулы.
Источник электронов РАДАН-300. Источник: Ольга Чайковская
В облучаемый ультрафиолетом раствор авторы дополнительно внесли мощные окислители — перекись водорода или персульфат натрия, — которые «атаковали» молекулы красителя и помогали их разрушать.
Второй подход заключался в том, что раствор с красителем облучали электронами, которые испускала специальная установка. Такое излучение проникало в жидкость и создавало в ней активные частицы, способные расщеплять даже самые стойкие химические связи.
Оказалось, что при обработке ультрафиолетом с длиной волны 222 нанометра краситель полностью разрушился всего за 32 минуты. Облучение при 282 нанометрах было менее эффективным: за час оно удалило из воды менее 50% кристаллического фиолетового.
Воздействие электронов позволило разрушить 100% кристаллического фиолетового за 30 минут. Таким образом, облучение электронами и ультрафиолетом с длиной волны 222 нанометров в присутствии окислителя оказалось одинаково эффективно.
Исследование фотолиза красителя в университете Мурсии (Испания): заведующий лабораторией профессор Хосе Карраско, Елена Бочарникова, профессор Мария Гомез, профессор Ольга Чайковская, профессор Мария Долорез, Наталья Брянцева, профессор Джозефа Бастида. Источник: Ольга Чайковская.
Чтобы оценить, насколько очищенная от красителя вода стала безопасна для живых организмов, авторы обработали ею семена кресс-салата. Эксперимент показал, что растворы, на которые действовали всеми вариантами облучения в течение 30 минут, оказались безопасны: они не ухудшили прорастание семян и рост молодых растений. Исходные растворы с кристаллическим фиолетовым, напротив, замедлили эти процессы примерно в два раза.
«Мы показали, что исследуемые методы разрушения кристаллического фиолетового одинаково эффективны. Однако важно помнить, что в случае ультрафиолета нужно использовать определенную длину волны и добавки окислителей. В случае же пучков электронов необходимо доводить обработку до конца, поскольку наши эксперименты с меньшими сроками облучения (около четырех минут) показали, что раствор с красителем остается токсичным из-за вредных промежуточных продуктов распада. И только после длительного 30-минутного облучения они полностью обезвреживаются. В дальнейшем мы планируем применить данную методику для разрушения других промышленных красителей и их смесей», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Ольга Чайковская, доктор физико-математических наук, профессор кафедры оптики и спектроскопии физического факультета Национального исследовательского Томского государственного университета.
