Ученые исследовали растворимость токсичных наночастиц диоксида церия в воде

Химикам МГУ имени М.В.Ломоносова в составе международного коллектива ученых удалось экспериментально определить зависимость растворимости наночастиц диоксида церия (CeO₂) от кислотности (pH) среды. С помощью термодинамического моделирования полученных экспериментальных данных было впервые определено произведение растворимости для наночастиц диоксида церия. Результаты исследования были опубликованы в высокорейтинговом журнале Journal of Physical Chemistry C.

«Диоксид церия является одним из наиболее востребованных в современных технологиях материалом. Его выпуск в промышленных масштабах значителен, в том числе и в нанодисперсном состоянии (то есть в виде частиц размером до 100 нм). CeO₂ входит в состав разнообразных катализаторов, защитных антикоррозионных покрытий, полирующих смесей. Ожидается, что в будущем производство диоксида церия будет только увеличиваться. Такое массовое производство неизбежно ведёт к попаданию и накоплению диоксида церия в окружающую среду, в частности, в сточные воды. Поэтому изучение растворимости диоксида церия в водных растворах и сопутствующих процессов (изменением размера частиц, морфологии, заряда поверхности и токсичности) представляется крайне важной задачей для безопасности окружающей среды», — рассказывает первый автор статьи, аспирантка кафедра радиохимии химического факультета МГУ Татьяна Плахова.

В работе был осуществлен комплексный подход для изучения растворимости: последовательно на каждом временном этапе изучалось как состояние твердой фазы (морфология, зарядовое соотношение), так и состояние раствора (концентрация церия, его валентность). Для определения растворимости церия в водном растворе было использовано две методки: определение концентрации церия напрямую в маточном растворе с помощью метода масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) и метод радиоактивных индикаторов (в качестве радиоактивных меток использовали гамма-излучатели Ce-141 и Ce-144). Метод радиоактивных индикаторов применялся для образцов, где ожидались достаточно низкие для ICP-MS концентрации церия. Морфология и структурные особенности полученных образцов исследовались с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ПЭМ-ВР), рентгенофазового анализа (РФА) и метода малоуглового рентгеновского рассеяния (МУРР). Спектры рентгеновского поглощения (XAS), снятые для ряда образцов для определения зарядового состояния церия, были получены с использованием синхротронного излучения. Вся экспериментальная работа была выполнена на кафедре радиохимии МГУ. Большая часть измерений была также проделана в стенах университета в центрах коллективного пользования химического факультета и факультета наук о материалах.

«В случае нанодисперсного диоксида церия (CeO₂) изучение растворимости имеет большое значение в контексте его перспективного применения в биологических средах в качестве антиоксидантного препарата способного защитить здоровые клетки от окислительного стресса. Полученное в работе произведение растворимости позволяет предсказать как будет происходить растворение диоксид церия при различных значениях pH и Eh, а также с учетом реакций комплексообразования церия с анионами среды, в которой находится оксид», — говорит Татьяна Плахова.