Фотофентоновская очистка следующего поколения с использованием MIL-100(Fe), синтезированного по «зеленому» методу, для устойчивой очистки фармацевтических сточных вод

Почему важно очищать воду от следов лекарств

Многие из нас принимают обезболивающие, такие как парацетамол (также известный как ацетаминофен), не задумываясь. После того как организм использует необходимое, остатки смываются и в конечном итоге попадают в реки, озёра и даже в источники питьевой воды. Поскольку молекулы лекарств труднее разрушаются в природе, они могут вредить водной жизни и представлять долгосрочные риски для здоровья человека. В этом исследовании рассматривается новый, более экологичный способ удаления парацетамола из сточных вод с помощью специально разработанного пористого материала и простой светозависимой химии, с целью получения чистой воды без больших энергетических или химических затрат.

Новая губкообразная очистка для стойких загрязнителей

Авторы сосредоточились на классе материалов, называемых металло‑органическими каркасами — по сути ультрапористых «губок», собранных из металлических кластеров и органических звеньев. Был использован известный железосодержащий вариант MIL-100(Fe), а также получена модифицированная форма RTG-MIL-100(Fe). В отличие от многих продвинутых материалов, требующих высоких температур и токсичных растворителей для синтеза, этот материал был произведён при комнатной температуре, без растворителя, с помощью простого ступенчатого помола, проводимого с обычным йодидом калия (обычная соль). В результате получен материал, который проще и экологичнее в производстве, но при этом сохраняет многочисленные мелкие поры и реакционноспособные железные центры, хорошо подходящие для очистки загрязнённой воды.

Как свет и перекись объединяются для разрушения следов лекарств

Для удаления парацетамола команда совместила новый материал с перекисью водорода и ультрафиолетовым (УФ) светом в процессе, известном как фото‑фенто́нная реакция. В этой системе железо в материале многократно переходит между двумя степенями окисления, способствуя тому, чтобы перекись генерировала очень реакционноспособные короткоживущие виды, которые разрушают молекулы загрязнителей до углекислого газа и воды. Йодид калия играет ключевую вспомогательную роль: ионы йодида помогают переводить больше железа в его наиболее активную форму и под действием света создают дополнительные реактивные интермедиаты, поддерживая быстрое циклирование системы. Испытания показали, что при тщательно подобранных условиях почти весь парацетамол в воде — около 99,6% — может быть удалён в течение двух часов при обычной комнатной температуре.

Поиск оптимума для реального применения

Поскольку практические очистные сооружения должны работать надёжно, исследователи систематически настраивали рабочие параметры. Они обнаружили, что процесс лучше всего работает при естественно слегка кислой рН воды около 5,5, что позволяет избежать дорогостоящей коррекции рН. Важен был оптимальный баланс между количеством катализатора и дозой перекиси водорода: слишком мало — вода оставалась загрязнённой, слишком много — избыток перекиси фактически «тушил» полезные реактивные виды. Система успешно справлялась с реалистичными концентрациями парацетамола, особенно при низких и умеренных уровнях, и следовала предсказуемой кинетике первого порядка, то есть скорость очистки изменялась прямо пропорционально концентрации загрязнителя. Небольшой нагрев давал мало преимуществ, что подчёркивает эффективность процесса при амбиентной температуре.

Сохранение работоспособности при повторном использовании

Для того чтобы технология была устойчивой, материал для очистки должен долго служить. Катализатор RTG-MIL-100(Fe) использовали многократно в нескольких циклах с лишь умеренным снижением эффективности, что указывает на то, что его структура в основном остаётся неизменной. Измерения растворённого железа в обработанной воде показали, что выщелачивание металла было лишь небольшим, значительно ниже, чем в ряде аналогичных систем, и в пределах типичных промышленных предельных значений для сбросов. По сравнению с ранее описанными железосодержащими каркасными катализаторами для других лекарств этот материал выделяется тем, что достигает почти полного удаления при более низких дозах, в более мягких условиях и без сложных источников света, что делает его более реалистичным для масштабирования.

Что это означает для более безопасной воды

Проще говоря, эта работа демонстрирует перспективный способ превратить тонко спроектированный порошок, распространённый дезинфектант (перекись водорода) и УФ‑свет в мощный, но относительно щадящий инструмент очистки воды. Благодаря продуманному использованию йодида для усиления активности железосодержащего пористого каркаса исследователи создали катализатор, способный почти полностью разрушать парацетамол в сточных водах вблизи естественных условий. С учётом «зелёного» синтеза, высокой эффективности и хорошей стабильности материал RTG-MIL-100(Fe) может помочь будущим очистным сооружениям удалять устойчивые лекарственные вещества из стоков больниц и заводов, предлагая практический шаг к более безопасным и устойчивым водным ресурсам.

Цитирование: Abou-Elyazed, A.S., Genena, E.E., El-Sayed, I.E.T. et al. Next-generation photo-Fenton treatment using MIL-100(Fe) synthesized through a green route for sustainable remediation of pharmaceutical wastewater. Sci Rep 16, 7837 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38975-w

Ключевые слова: фармацевтические сточные воды, удаление парацетамола, фото-фентоновский катализатор, металло‑органические каркасы, усовершенствованное окисление