Новый сорбент улавливает 99,99% канцерогенного бензола: прорыв в очистке химических производств

Бензол — токсичное соединение, которое при вдыхании или контакте с кожей может вызывать онкологические заболевания. Особенно сильно этому риску подвержены работники химических и фармацевтических производств, где бензол используется как сырьё. Например, из него получают циклогексан — углеводород-шестичленник, который нужен для производства нейлона, пластмасс и автомобильных деталей. Однако после синтеза в циклогексане часто остаются примеси бензола, и удалить их сложно из-за почти одинаковых физических свойств обоих веществ.

Как работает новый сорбент

За основу исследователи взяли соли цинка и две сложные органические молекулы. Смесь нагревали до 100 °C в течение полутора суток и получили мелкие кристаллы с узкими порами. В этих порах «застревают» молекулы бензола, а специальные группы атомов дополнительно удерживают их за счёт химического взаимодействия. Циклогексан же имеет более крупные молекулы и в такие поры не помещается. Как пояснил руководитель проекта Андрей Потапов, доктор химических наук, «компьютерное моделирование подтвердило, что присоединение бензола энергетически выгодно — выделяется дополнительная энергия, тогда как захват циклогексана требовал бы затрат, поэтому он невыгоден».

Учёные протестировали сорбент, разделяя смеси бензола и циклогексана в разных пропорциях. Результат впечатляет: материал поглощает до 99,99% канцерогена. При этом его можно использовать многократно — после трёх циклов работы эффективность не снизилась.

Не только очистка, но и детекция

Новый материал может служить и детектором бензола. В естественном состоянии металл-органический каркас под действием ультрафиолета испускает зелено-жёлтое свечение. Когда кристаллы оказываются в растворе с бензолом, они начинают светиться в полтора раза ярче, а оттенок смещается к зелёному. Такое изменение заметно даже невооружённым глазом. Важно, что материал чувствительнее лучших из существующих аналогов: он выявляет концентрации бензола в три раза меньшие, чем другие поглотители. Это позволит своевременно обнаруживать утечки опасного вещества на производствах.

Разработчики подчёркивают, что новый сорбент поможет не только защитить здоровье работников, но и удешевит производство циклогексана за счёт более простой и экономичной очистки. В ближайших планах учёных — создать сорбенты с увеличенным объёмом пор, чтобы повысить производительность разделения, сохранив при этом высокую эффективность.