Ученые создали особые наночастицы, которые могут извлекать молекулы двуокиси азота из воздуха и превращать их в азотную кислоту. Они сделают очистку городского воздуха от выхлопных газов автомобилей выгодным бизнесом для властей и коммерческих компаний.

«Два года назад объем рынка азотной кислоты оценивался примерно в 2,5 млрд долларов. Это означает, что производители нашего вещества смогут компенсировать часть его себестоимости и даже заработать на нем, учитывая, что для получения кислоты понадобятся лишь воздух и вода», — прокомментировал работу один из ее авторов, химик из Манчестерского университета Мартин Шредер.

Шредер и его коллеги уже много лет изучают так называемые металлорганические каркасы (МОК). Так ученые называют полимерные материалы, которые состоят из ионов металлов и различных органических соединений, похожие по структуре на пчелиные соты. Благодаря подобному устройству они отличаются высокой пористостью и прочностью. Катализаторы и фильтры на базе МОК уже применяются в промышленности для очистки воздуха от углекислоты или водорода и хранения этих газов.

Размеры сот в подобных структурах, как давно заметили химики, могут меняться в широких пределах в зависимости от температуры среды, давления и других физических и химических параметров. Опираясь на это свойство МОК, российские и зарубежные ученые создали наночастицы, которые могут извлекать воду из воздуха, а также доставлять большие дозы антиоксидантов или лекарств в определенные клетки и ткани тела человека.

Шредер и его коллеги приспособили металлорганические каркасы для решения еще одной важной задачи — очистки воздуха от молекул двуокиси азота, крайне агрессивного вещества, которое выделяется при сжигании дизельного топлива, бензина, других видов ископаемых горючих материалов и биотоплива. Он раздражает легкие и вызывает серьезные проблемы со здоровьем, если его концентрация в воздухе превышает 20 частей на миллиард.

Большие количества этого газа постоянно синтезируются на химических предприятиях, которые производят азотную кислоту, удобрения и различные ароматические органические соединения. Для его производства нужно большое количество тепла и энергии, а также катализаторов на базе благородных металлов, что делает азотную кислоту далеко не самым дешевым реактивом.

Обе эти проблемы, как заявляют авторы работы, можно решить, используя созданный ими металлорганический каркас MFM-520. В прошлом, по словам Шредера, ученые уже пытались приспособить МОК для поглощения двуокиси азота, однако все эти попытки проваливались из-за того, что этот газ быстро разрушал органическую часть наночастиц, делая их фактически одноразовыми.

Манчестерские исследователи решили эту проблему, создав металлорганический каркас на базе гидрокиси алюминия, воды и различных органических соединений. Поры внутри наночастиц из этого вещества устроены таким образом, что молекулы двуокиси азота могут соединяться лишь с гидрокисью алюминия и не могут разрушать другие части каркаса.

Самые совершенные версии MFM-520, как показали опыты Шредера и его коллег, могут поглощать молекулы NO2 из воздуха при комнатной температуре и нормальном давлении даже при самых небольших концентрациях этого газа. Для их очистки достаточно промыть наночастицы в воде, в результате чего двуокись азота покинет их и превратится в кислоту.

Как надеются ученые, созданный ими материал найдет свое применение в химической промышленности, а также заставит власти городов и производителей автомобилей более серьезно относиться к проблеме очистки воздуха и выхлопных газов от двуокиси азота.