Углеродный катализатор на основе морских водорослей предлагает безметалловое решение для удаления антибиотиков из воды.

Авторы и права: Сянъюй Ван, Лэй Ши, Хунцзяо Чен, Юаньюань Сунь, Дунцзян Ян и Бин Хуэй.

Новый безметалловый углеродный катализатор, изготовленный из морских водорослей, может предложить более экологичный способ очистки воды, загрязненной антибиотиками, согласно новому исследованию, опубликованному в Биочар X. Команда сообщает, что ее пористый углеродный материал, полученный из обычного морского полисахарида и допированный азотом и серой, быстро расщепляет антибиотик норфлоксацин в воде, избегая при этом использования токсичных металлов или серосодержащих химикатов.

Превращение морских водорослей в материалы для чистой воды

В ходе исследования ученые превратили каппа-каррагинан, сульфатированный полисахарид, извлеченный из красных водорослей и широко используемый в качестве пищевого загустителя, в высокопористый углеродный катализатор. Объединив биомассу с меламином в качестве источника азота и карбонатом калия в качестве активатора, а затем нагрев смесь в инертной атмосфере, они получили пористый углерод, легированный N и S, который они назвали NSPC 700.

«Идея заключалась в том, чтобы использовать природный материал, который уже содержит серу, поэтому нам не нужны дополнительные токсичные серосодержащие реагенты во время синтеза», — говорит автор-корреспондент Бин Хуэй из Университета Циндао. Он объясняет, что сульфатные группы в каппа-каррагинане превращаются in situ в виды серы, которые становятся каталитически активными центрами в окончательной углеродной структуре, упрощая производство и повышая устойчивость.

Высокоэффективное удаление норфлоксацина

Новый материал имеет очень высокую удельную поверхность, около 1219 квадратных метров на грамм, с сетью микро- и мезопор, которые обнажают активные центры для катализа. В сочетании с пероксимоносульфатом, обычным окислителем, NSPC 700 удалил 97,16 процентов норфлоксацина из воды в течение 90 минут и достиг 49,30 процентов минерализации, что указывает на существенное расщепление антибиотика на небольшие неорганические молекулы.

Контрольные эксперименты показали, что неактивированный биоуголь или пероксимоносульфат по отдельности удаляют мало норфлоксацина, в то время как солегированный пористый углерод значительно ускоряет разложение, обеспечивая самую высокую кажущуюся скорость реакции среди протестированных образцов. Авторы объясняют такое действие синергией между графитовым азотом и тиофеновыми видами серы в углеродной решетке, которые настраивают распределение электронов и усиливают активацию окислителя.

Нерадикальные пути повышают надежность

«Доминирующие нерадикальные пути делают систему более устойчивой к вмешательству обычных ионов и природных органических веществ», — отмечает соавтор Дунцзян Ян. Команда обнаружила, что даже в присутствии хлорида, сульфата, бикарбоната, фосфата или гуминовой кислоты катализатор поддерживает удаление норфлоксацина на более чем 66 процентов, что подчеркивает его потенциал в сложных водных матрицах.

Стабильная работа в непрерывном потоке

Помимо серийных испытаний, исследователи оценили NSPC 700 в простом устройстве непрерывного действия, упаковывая порошок в небольшую колонку, через которую циркулировал раствор норфлоксацина, содержащий пероксимоносульфат. В этих условиях катализатор обеспечивал удаление около 94 процентов в течение первых 2,5 часов и все же достигал 89 процентов удаления после 5 часов работы.

В повторяющихся периодических циклах материал сохранял более 90 процентов своей первоначальной активности после пяти прогонов, при этом с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии наблюдались лишь незначительные изменения в ключевых активных центрах азота и серы. Эта стабильность в сочетании с высокой активностью позволяет предположить, что углерод, полученный из морских водорослей, может быть адаптирован для практических конфигураций очистки сточных вод.

Зеленый путь к безметалловым катализаторам

В отличие от многих передовых систем окисления, в которых используются переходные металлы, такие как кобальт, железо или медь, катализатор NSPC 700 полностью не содержит металлов, что помогает избежать риска загрязнения вторичными металлами. Используя каппа-каррагинан в качестве источника углерода и собственной серы, метод также устраняет необходимость в опасных соединениях серы, обычно используемых при легировании гетероатомами.

Авторы утверждают, что эта стратегия предлагает масштабируемый путь для преобразования отходов морской биомассы в функциональные материалы с добавленной стоимостью для восстановления окружающей среды, особенно для антибиотиков, которые трудно удалить обычными методами лечения. «Эта работа показывает, что природная серосодержащая биомасса может быть напрямую переработана в эффективные и стабильные катализаторы, предоставляя более экологичный вариант защиты водных ресурсов от новых загрязнителей», — говорит Хуэй.

===

Ссылка на журнал: Ван X, Ши Л, Чен Х, Сунь Ю, Ян Д и др. 2025. МистерПористый углерод, полученный из -каррагинана, кодированный N-,S, способствует активации пероксимоносульфата для разложения норфлоксацина. Биочар X 1: е012

===

О журнале:

Биочар X Это онлайн-журнал с открытым доступом, целью которого является преодоление традиционных дисциплинарных границ, предоставляя междисциплинарную платформу для обмена передовыми исследованиями как в фундаментальных, так и в прикладных аспектах биоугля. Журнал посвящен поддержке мирового исследовательского сообщества биочаров, предлагая инновационный, эффективный и профессиональный канал для обмена новыми открытиями и перспективами. Его основное внимание уделяется открытию новых идей и разработке новых приложений в быстро развивающейся области науки о биоугле.

Подписывайтесь на нас на Фейсбук, Хи Блюскай.

Метод исследования

Экспериментальное исследование

Предмет исследования

Непригодный

Название статьи

Пористый углерод, полученный из N-, S-кодированного κ-каррагинана, способствует активации пероксимоносульфата для разложения норфлоксацина.

Дата публикации статьи

10 декабря 2025 г.

Отказ от ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за достоверность пресс-релизов, публикуемых на EurekAlert! содействующими учреждениями или за использование любой информации через систему EurekAlert.

#Углеродный #катализатор #на #основе #морских #водорослей #предлагает #безметалловое #решение #для #удаления #антибиотиков #из #воды