Новые полимеры ускорят разрушение органических загрязнителей в воде

Ученые разработали полимерные поверхностно-активные вещества, которые повышают растворимость масел, жиров и другой органики в воде. В присутствии этих полимеров можно осуществлять химические превращения, используя воду как единственный растворитель. Такие вещества способны заменить применяемые в промышленности органические растворители, большинство из которых опасны для окружающей среды. Например, с их помощью можно эффективно и экологически безопасно очищать сточные воды. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects.

Органические растворители активно используются в промышленности и в лабораториях для растворения различных соединений и проведения химических реакций, например, разведения лаков и красок, очистки поверхностей и химического синтеза. Однако более 80% таких веществ опасны для окружающей среды, поэтому ученые ищут экологически чистую альтернативу. Наиболее простой и безопасный растворитель в мире — это обычная вода, но многие вещества — например, жиры, масла, керосин — нерастворимы в ней. Чтобы использовать воду в качестве растворителя при работе с этими соединениями, используют поверхностно-активные вещества (ПАВ). Молекулы ПАВ состоят из двух частей: нерастворимой в воде, которая взаимодействует с жирами, и растворимой, которая взаимодействует с водой. Благодаря такому строению ПАВ помогают смешивать обычно невзаимодействующие вещества, например воду и масла. Поэтому ученые стремятся разработать ПАВ, которые бы имели структуру, обеспечивающую максимально быстрое и эффективное растворение в воде малорастворимых соединений, а также рассматривают способы проведения химических реакций в воде с такими малорастворимыми соединениями.

Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) совместно с коллегами из Института экспериментальной медицины РАН (Санкт-Петербург) синтезировали высокомолекулярные поверхностно-активные вещества — полимеризованные мицеллы. Уникальность полученных веществ заключается в том, что они способны работать при очень низких концентрациях в сравнении с синтетическими ПАВ, которые обычно используются исследователями, работающими в этой области. Авторы доказали это, попробовав с помощью полученных ПАВ разрушить в воде два разных сложных эфира. Оказалось, что в концентрациях на 50% меньше, чем те, в которых применяют промышленные ПАВ, эффективность процесса составила 90%. Интересно, что, когда брали более высокие концентрации реагента (сопоставимые с коммерческими), эффективность была ниже, чем при действии промышленного ПАВ. Кроме того, ученые определили, что полимеризованные мицеллы имеют бактерицидные свойства — они подавляют рост золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus). Эта опасная бактерия вызывает более 100 инфекционных заболеваний, например бронхит, менингит и пневмонию. Таким образом, полученные полимерные молекулы могут использоваться для получения новых антисептиков и веществ для обеззараживания патогенной микрофлоры в системах водоочистки и водоподготовки.

«Разрушение сложных эфиров — не единственная реакция, которую мы пытаемся осуществить с помощью предложенных полимеров в воде. Сейчас мы рассматриваем возможность использовать их для проведения органических реакций, широко используемых при разработке новых лекарств, а также иных промышленно значимых веществ. Такой "зеленый подход" к проведению органических реакций может открыть целое направление в современной каталитической химии», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Петр Фетин, кандидат химических наук, доцент кафедры высокомолекулярных соединений Института химии Санкт-Петербургского государственного университета.