Московские школьницы нашли новый способ очистки воды: они использовали искусственный аналог минерала иванюкита. Доцент Московского городского педагогического университета, кандидат химических наук Наталья Жукова рассказала газете «Коммерсантъ» об изучении химии и о том, как популяризировать естественные науки среди школьников.
Десятиклассницы московской школы № 2065 под руководством учителя химии, кандидата химических наук Любови Оболенской вместе с Кольским научным центром РАН создали новый способ очистки воды. Он качественно отличается от тех, что были раньше. В основе лежит очищение речной воды с помощью композита наномагнетита с титаносиликатами.
В основу исследования легло новое открытие Кольского научного центра РАН, где ученые синтезировали аналог минерала иванюкита (его открыл геолог Григорий Иванюк), который состоит из оксидов титана и кремния.
Импульсом к работе над новым способом очистки воды стало наблюдение Любови Оболенской ухудшения органолептических свойств водопроводной воды, поступающей из реки Ликова, из-за активной застройки в Новой Москве. Учитель химии решила проверить воду и перевести задачу в научную плоскость. Так появилась тема научного проекта учениц 10-го медицинского класса школы № 2065 Вазиры Исмоиловой и Дарьи Славновой.
«Наноразмерный диоксид титана применяется для очистки воды и воздуха, — объясняет ученый Оболенская.— Так, в Японии с его помощью решили проблему мойки окон. Стекла покрывают тонким слоем наноразмерного диоксида титана, из-за тончайшего слоя стекло всегда остается прозрачным, а налипшая грязь разлагается на воду и углекислый газ. Аналогично работает нанесение диоксида титана на стены зданий, которые годами стоят белоснежные».
С очисткой воды все оказалось немного сложнее. Наночастицы диоксида титана действительно разлагают ядовитые и вредные вещества, растворенные в воде, но при этом сам фотокатализатор остается в воде в виде взвеси белого порошка, и вода выглядит так, что пить ее не хочется, даже зная, что она чистая. Очистить воду от порошка довольно сложно.
Решение этой задачи Оболенская смогла с помощью прежней своей научной разработки. Как член добровольческой пожарной команды, Любовь Оболенская прежде собирала с поверхности реки Банька в Красногорском районе разлившуюся нефть. Сначала лигнин (гранулы из отходов обработки древесины) впитал в себя нефтепродукты, а затем плавающие, похожие на наполнитель для кошачьего лотка, гранулы, собрали граблями. Способ муторный и неэффективный. Для оптимизации процесса педагог-химик ввела в лигнин магнитный компонент, и гранулы сами стали липнуть к намагниченным граблям.
Похожим образом поступила и команда исследователей во главе с учителем химии. Эксперимент по очистке воды от примесей с помощью иванюкита поставили десятиклассницы Вазира Исмоилова и Дарья Славнова. Они же и синтезировали частицу, в основе которой находится ядро из наномагнетита Fe3O4 (как следует из его названия, он имеет свойства магнита), вокруг которого «налеплены» наночастицы диоксида титана или титаносиликатов.
Для того чтобы «запустить» процесс очистки, емкость с водой облучили ультрафиолетом и обработали ультразвуком — именно так запускается реакция сонофотокатализа. Затем взвесь из воды убрали намагниченными «граблями», как в случае со сбором нефти.
«С точки зрения бытовой водоподготовки, например, домашних фильтров, метод не подходит, потому что вытащить наночастицы титана, даже если они имеют магнитные ядра, проблематично, — отметил доцент кафедры промышленной экологии РХТУ имени Менделеева Евгений Кузин.— Если говорить о промышленном применении, то иванюкит как сильнейшая ионообменная смола и большая часть соединений титана в процессах удаления из воды радионуклидов и тяжелых металлов зарекомендовал себя хорошо».
«В водоочистке используется фотокаталитическое окисление, то есть TiO2 под действием ультрафиолета убирает из воды пестициды, органические токсины, фенол. Такой метод применяется практически во всем мире, в Европе же считается одним из наиболее перспективных, и ему уделяется много внимания. Скажем, за последние лет десять число научных публикаций, посвященных фотоокислению на титановых катализаторах, в высокорейтинговых журналах с хорошей репутацией перевалило за две сотни. Если технология, разработанная в рамках школьного проекта, не нарушит фотокаталитических свойств диоксида титана, то получится прекрасный катализатор для окисления в воде сложных органических соединений под действием ультрафиолета. И тогда можно смело утверждать, что разработка по важности, значимости, сложности вышла за рамки школьного уровня и стала полноценной научной диссертацией, к тому же готовой для промышленного применения, причем на уровне лучших европейских стандартов», — подытожил Евгений Кузин.
Стоит отметить, что школьный проект стал частью большого научного, так как школа № 2065 подписала с Кольским научным центром соглашение о сотрудничестве, в рамках которого школьники будут помогать проверять фотокаталитическую активность веществ и проводить другие исследования. Например, синтезировать частицы, содержащие несколько нанослоев титаносиликатов, чтобы определить, вещество с какой кристаллической решеткой будет очищать воду при обычном солнечном свете, без использования ультрафиолета и ультразвука. Так как авторы проекта из 10-го класса планируют связать свою жизнь с медициной, участие в таком глобальном проекте открывает для них большие перспективы. Во-первых, они уже осваивают вузовский объем знаний по химии, учатся работать на исследовательском оборудовании и будут защищать свой проект перед научным сообществом. За плечами у Дарьи и Вазиры — выступление на конференции в Институте общей и неорганической химии (ИОНХ), скоро юным ученым предстоит участие во Всероссийском экофоруме.
Во-вторых, как считает руководитель проекта, главное — школьницы на собственном опыте убедились, что они могут влиять на окружающую среду и делать ее лучше:
«У меня главная цель, чтобы дети видели результаты своих усилий, что их проект — это реальное решение экологической проблемы, они помогают своему району, городу и уже в школе приобщаются к науке вузовского уровня».
А так как лишь 3% выпускников химических вузов в нашей стране работают по специальности, то проекты с привлечением школьников к «большой» науке помогут сократить дефицит молодых специалистов в химической отрасли, уверена эксперт МГПУ Наталья Жукова:
«Выпускники школ неохотно связывают свою жизнь с химией. Это можно видеть по небольшому конкурсу среди абитуриентов вузов и низкому среднему баллу ЕГЭ по химии. Решить проблему можно в том числе средствами ранней профориентации. Знакомство в школе с профессиями химической отрасли несомненно способствует популяризации науки. И проще всего пробудить интерес школьников к химии через проектную деятельность, а если проект направлен на решение актуальной для общества проблемы, еще лучше.
За научные труды, связанные с загрязнением окружающей среды, повышением эффективности лечения, ученики берутся с удовольствием. В процессе работы юный химик видит пути развития химической науки и решает связать свою профессиональную деятельность с этой отраслью.
Но надо заметить, что химия — это экспериментальная наука и далеко не каждая российская школа обладает условиями для проведения опытов и экспериментов. Поэтому сотрудничество школы с вузами и НИИ эффективно для повышения уровня естественно-научного образования".
Жукова Наталья Вячеславовна 
