Учёные ЮФУ разработали сорбент на основе биоугля, усиленного металлоорганическим каркасом MOF. Он удерживает в почве тяжёлые металлы и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), снижая их поступление в растения. Об этом рассказала пресс-служба ЮФУ, ссылаясь на слова кандидата физико-математических наук, старшего научного сотрудника лаборатории «Агробиотехнологии для повышения плодородия почв и качества сельскохозяйственной продукции» Михаила Киричкова.
Загрязнение почвы тяжёлыми металлами и полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) представляет серьёзную угрозу для экологии. Эти вещества токсичны даже в малых дозах, а многие ПАУ являются канцерогенами. Опасность заключается в том, что они не только присутствуют в почве, но и могут мигрировать в растения, воду и далее по пищевой цепочке.
Исследование основано на принципе «отходы в ресурс», что позволяет одновременно решать две задачи: использовать отходы как сырьё и создавать материал для связывания загрязнителей. Осадок сточных вод и пшеничная солома — доступные ресурсы, которые требуют утилизации.
Учёные нагревали смесь до 700 °C в атмосфере азота без доступа кислорода, что называется пиролизом. В итоге был получен углеродистый материал — биоуголь, который, однако, не стал конечным продуктом, а стал основой для более эффективного сорбента.
Биоуголь обладает сорбирующими свойствами, но его способность связывать загрязнители ограничена из-за небольшой поверхности и количества активных центров. Для повышения эффективности учёные модифицировали его с помощью металлоорганических каркасов (MOF) — пористых материалов с губчатой структурой, которые могут удерживать молекулы различных веществ.
В качестве модификатора использовали MIL-100(Fe) — MOF на основе железа. В результате площадь поверхности биоугля увеличилась с 25 м²/г до 196–243 м², что значительно повысило его способность взаимодействовать с загрязнителями.
Эффективность модифицированного материала проверили в лаборатории на загрязнённой почве, где выращивали люцерну и горчицу. Содержание ПАУ в корнях растений снизилось в 3,4–3,7 раза, а в побегах — в 1,6–1,7 раза. Также уменьшились концентрации марганца, никеля, меди, цинка и свинца.
Модифицированный биоуголь эффективно удаляет как ПАУ, так и тяжёлые металлы, что делает его перспективным для очистки территорий с смешанным загрязнением.
«Главная проблема в том, что тяжелые металлы и ПАУ не просто находятся в почве, а могут переходить в растения, воду и дальше по пищевой цепи, создавая риск для экосистем и человека», — отмечает Михаил Киричков.
Технология может быть полезна на территориях индустриальной промышленности, перерабатывающих предприятий, вблизи хвостохранилищ и углеотвалов. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале Environmental Research.
Биоуголь — перспективный материал не только для очистки почвы от загрязнителей, но и для борьбы с изменением климата. Как рассказывала интернет-газета «ЖУК», учёные ТГУ производят биоуголь из луговых трав для снижения эмиссии парниковых газов и улучшения качества почв.