Российские учёные из Южного федерального университета создали новый нанокомпозит, объединив биоуголь и металл-органические молекулы. Инновационный материал очищает почву от тяжёлых металлов на 99%. Применение разработки поможет исправить экологическую ситуацию в регионах с тяжёлой промышленностью, а также повысить урожайность сельскохозяйственных культур.
Учёные из Южного федерального университета (Ростов-на-Дону) создали нанокомпозит на основе биоугля и металл-органического соединения. Полученный материал практически полностью очищает почву от тяжёлых металлов. Об этом RT сообщили в пресс-службе Российского научного фонда (РНФ). Исследование поддержано грантом фонда. Результаты опубликованы в журнале Environmental Science and Pollution Research.
Тяжёлая промышленность, транспорт и использование химикатов в сельском хозяйстве способствуют загрязнению почвы свинцом и медью. Высокие концентрации этих тяжёлых металлов приводят к снижению урожайности и накоплению токсичных веществ в растениях, что угрожает здоровью людей.
Для очистки аграрных территорий можно использовать биоуголь. Этот экологически чистый материал, как губка, впитывает токсичные соединения благодаря пористой структуре и вместе с тем улучшает качество почвы. Однако его поглощающая способность ограничена малой площадью поверхности частиц.
Российские учёные придумали, как увеличить площадь поверхности биоугля, повысить пористость и помочь ему активнее удалять металлы. Для этого к его частицам добавили железосодержащий металл-органический каркас — высокопористый координационный полимер, состоящий из отдельных металлов или их кластеров, соединённых между собой органическими молекулами. Благодаря такой структуре эти вещества обладают самыми высокими впитывающими характеристиками среди пористых материалов.
Нанокомпозит исследователи синтезировали в лаборатории из железного порошка и органической кислоты. Биоуголь они получили из пшеничной соломы, которая осталась после сбора урожая. Оба компонента смешали и выдержали 20 минут при 120 °С.
В результате металл-органический каркас в шесть раз увеличил площадь поверхности биоугля благодаря дополнительным порам. Свойства нанокомпозита учёные проверили, внеся его в загрязнённую почву с заранее известным количеством свинца и меди. Для сравнения эффективности использовали чистый биоуголь.
Испытания показали, что нанокомпозит удаляет из почвы до 99% тяжёлых металлов даже при сильном загрязнении. При этом эффективность чистого угля, не модифицированного металл-органическими молекулами, не превышает 82%. Это существенная разница, учитывая, что тяжёлые металлы способны накапливаться в организме человека и разрушать его.
Как пояснили авторы работы, новый материал можно использовать при восстановлении сильно загрязнённых тяжёлыми металлами почв возле крупных металлургических заводов, автодорог и химических предприятий.
«Сорбент позволит не только восстанавливать загрязнённые почвы, улучшая их свойства, но и предотвращать дальнейшее загрязнение. Это повысит плодородие земель, что важно для сельского хозяйства и обеспечения продовольственной безопасности. Кроме того, уменьшение концентрации тяжёлых металлов в почвах снизит риски развития заболеваний и отравлений при употреблении продуктов питания, выращенных в регионах, подверженных загрязнению», — пояснил в комментарии RT инженер международной исследовательской лаборатории функциональных наноматериалов Южного федерального университета Владимир Поляков.