Учёные из Университета технологии Далян (Dalian University of Technology) выявили ранее недооценённый механизм, благодаря которому биочар (углеродистый материал, получаемый пиролизом биомассы) не просто адсорбирует загрязнители воды, но и активно разрушает их за счёт прямой передачи электронов. По результатам исследований, доля этого механизма в общей эффективности очистки может достигать до 40 %.
Обычно биочар рассматривают как «губку», способную захватывать и удерживать органические вещества и токсины посредством адсорбции, или как вспомогательный катализатор в сочетании с окислительными агентами, такими как перекись водорода. Однако исследователи задали вопрос: не способна ли сама матрица биочара разрушать молекулы загрязнителей? Эксперименты показали, что да — в некоторых образцах биочара прямая деградация обеспечила значительную часть удаления загрязнений.
Группа под руководством д-ра Гао (Dr. Gao) провела электрохимические испытания и корреляционный анализ, и пришла к выводу, что прямой перенос электронов (electron transfer) играет активную роль в разрушении органических загрязнителей. В отчёте утверждается, что при многократном использовании (пять циклов повторного применения) эффективность этого процесса сохранялась практически неизменной.
Ключевые характеристики структуры биочара, усиливающие его «электрическую» активность, — наличие функциональных групп C–O и O–H (которые выступают как «точки контакта» для передачи электронов), а также графитовая карбоновая структура, служащая высокопропускной «магистралью» для электронов. Улучшенные структуры способствуют более быстрому переносу электронов и ускоренному разрушению загрязнителей.
Это открытие коренным образом меняет представление о роли биочара в очистке воды: он перестаёт быть просто пассивным поглотителем или дополнением к химическим окислителям, и становится активным «уничтожителем» загрязнителей. Это влечёт за собой потенциальные преимущества: более скромное потребление химических реагентов на станциях очистки, уменьшение объёмов осадка, снижение затрат, упрощение схем очистки и экологичность.
Исследователи подчёркивают, что важно различать три механизма удаления: адсорбцию, прямую деградацию и косвенную (каталитическую) деградацию. Новое исследование проливает свет на вклад прямого механизма и открывает путь к проектированию биочара с целевым акцентом на электроактивность — специально адаптированного к проблемным условиям очистки сточных вод или промышленных водных систем.
Оригинальное исследование было опубликовано в журнале Carbon Research под названием «Взаимосвязь структуры и эффективности биоугля для прямого разложения органических загрязнителей».
Это открытие может иметь важные последствия для экологии, инженерии очистки воды и устойчивого развития: возможность более дешёвых и эффективных систем без чрезмерного использования химии может способствовать улучшению качества водных ресурсов и снижению нагрузки на окружающую среду на местном и глобальном уровнях.
