Ученые ДГУ создали «умные» стеклянные фильтры, которые убивают бактерии и самоочищаются под солнцем

В отличие от традиционных фильтров, накапливающих загрязнения или требующих замены картриджей, разработка ученых ДГУ работает по принципу фотокатализа. Сам материал не расходуется в процессе очистки и может использоваться многократно. При облучении светом на поверхности нанопокрытия TiₓVᵧO₂ образуются активные формы кислорода (ROS), которые эффективно уничтожают бактериальные клетки и разлагают органические загрязнители.

«Наши материалы работают как фотокатализаторы, — объясняет руководитель проекта, кандидат химических наук Абай Максумова. — При воздействии света нанопокрытие запускает химические реакции, которые разрушают бактерии и другие загрязнители. При этом сам фильтрующий материал не расходуется и может использоваться многократно».

Ключевое преимущество технологии — использование в качестве подложки стеклянных шариков, которые уже применяются в системах водоочистки. Это делает разработку легко интегрируемой в существующие промышленные установки.

Впервые в мире исследователям удалось вырастить нанослой TiₓVᵧO₂ на предварительно нанесенный зародышевый слой ALD Al₂O₃ на стекле. Для анализа структуры и состава полученного покрытия использовались современные методы: сканирующая электронная микроскопия (SEM), энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDX) и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS). Последняя позволила впервые получить уникальные данные о химическом состоянии элементов в нанопокрытии.

«Это первое исследование, в котором комплексно изучается фотокаталитическая активность, антибактериальная эффективность и влияние на гидрохимические параметры питьевой воды с использованием стеклянных фильтров, функционализированных нанопокрытием ALD TiₓVᵧO₂, — подчеркивает Абай Максумова. — Это представляет собой значительный сдвиг в сторону экологических применений».

Для создания покрытия ученые выбрали галогенидные прекурсоры — TiCl₄, VOCl₃ и воду. Такой выбор не случаен: эти соединения обладают достаточным давлением пара при комнатной температуре и легко переходят в газовую фазу при умеренном нагреве. Кроме того, они значительно экономичнее металлоорганических аналогов, что делает процесс ALD легко масштабируемым и пригодным для интеграции в существующие промышленные системы очистки воды.

Разработка особенно актуальна для регионов с ограниченным доступом к качественной питьевой воде. Фильтры с нанопокрытием могут стать основой современных многоразовых систем очистки как для питьевой, так и для сточной воды.

Особенность технологии — возможность точной настройки свойств покрытия. Изменяя состав оксидов металлов и толщину нанопленки, ученые могут создавать фильтры, эффективные против конкретных штаммов микроорганизмов. Исследователи уже работают над несколькими направлениями: помимо стеклянных шариков для водяных фильтров, команда создает нанопокрытия для керамических и полимерных мембран, а также для воздушных фильтров на основе тканевых и бумажных материалов.

«Мы рассматриваем возможность создания экспериментального реактора по типу SODIS-систем, которые используют солнечный свет для дезинфекции воды, — рассказывает Абай Максумова. — Но наша технология будет значительно эффективнее благодаря фотокаталитическим свойствам нанопокрытий».

Проект проводится в рамках регионального конкурса Российского научного фонда на проведение фундаментальных исследований. Команда опубликовала результаты своей работы в высокорейтинговом журнале (Q1) Journal of Industrial and Engineering Chemistry https://doi.org/10.1016/j.jiec.2026.02.035

«Разработка наших ученых — яркий пример того, как фундаментальная наука находит прямой путь к решению прикладных задач, имеющих огромное социальное значение. Дагестанский государственный университет последовательно развивает направление „умных материалов“ для экологии. Метод атомно-слоевого осаждения, который освоили и развили исследователи под руководством Абай Максумовой, позволяет создавать покрытия с уникальными, заранее заданными свойствами на атомном уровне. Это не просто улучшение существующих технологий — это выход на принципиально новый уровень очистки воды и воздуха, что соответствует стратегическим задачам технологического суверенитета России в области экологической безопасности», — отметил ректор ДГУ Муртазали Рабаданов.

Работа выполнена междисциплинарным коллективом ученых из Махачкалы (ДГУ и ДГМУ), Нижнего Новгорода (ННГУ) и Санкт-Петербурга (СПбГУ). 

Саният Эмирова