ПНИПУ создал биосорбент, улавливающий цезий до 113,64 мг/г, в 11 раз эффективнее
Учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) создали биосорбент на основе морских водорослей и ферроцианида железа для удаления радионуклидов из воды. По данным пресс-службы вуза, новый материал превосходит природные аналоги по сорбционной способности в 11 раз и может применяться для промышленной очистки водных систем от цезия.
«Основную угрозу представляет цезий‑137, образующийся в результате деятельности АЭС, работы предприятий ядерного топливного цикла и испытаний ядерного оружия. Сохраняя активность в окружающей среде более 30 лет, этот радионуклид способен мигрировать по водным системам и накапливаться в пищевых цепях, вызывая онкологические заболевания. Природные сорбенты (водоросли, глина, цеолиты) захватывают все подряд и быстро теряют эффективность, а химическая очистка, при которой загрязнения осаждаются на дно в виде хлопьев, создаёт радиоактивный осадок, который сложно и дорого утилизировать. Чтобы решить эту проблему, учёные разработали новый биосорбент для очистки воды на основе водорослей и ферроцианида железа, способный поглощать до 113,64 мг цезия на грамм, превосходя природные аналоги в 11 раз», — заявили в университете.
Отбор исходного растительного сырья вели с учётом различий в строении поверхности и известных очищающих свойств. Были использованы три вида: волокнистая морская трава (Zostera marina), пластинчатая красная водоросль (Phyllophora nervosa) и ветвистая бурая водоросль (Cystoseira barbata). Все эти виды содержат альгинаты — природные полимеры, способные связывать тяжёлые металлы. Лабораторные испытания показали, что природные образцы поглощают ионы цезия, но их сорбционная ёмкость оказалась недостаточной для масштабного применения.
Чтобы повысить эффективность, исследователи модифицировали поверхность водорослей путём послойного нанесения ферроцианида железа. Как пояснила кандидат химических наук, доцент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ Лариса Пан, на поверхность растений нанесли слои ферроцианида железа. «Его ключевая роль — создание молекулярных "ловушек" именно для цезия. Это соединение, известное как "берлинская лазурь", обладает уникальной способностью избирательно захватывать и прочно удерживать опасные частицы, даже в присутствии других металлов», — пояснила исследователь.
Подготовленные образцы помещали в растворы с ионами цезия и фиксировали динамику сорбции. Для определения концентраций до и после контакта использовали атомно‑абсорбционный спектрометр — прибор, позволяющий регистрировать следовые содержания металлов и тем самым оценивать эффективность поглощения.
«Результаты эксперимента показали, что обработка "берлинской лазурью" увеличила сорбционную ёмкость водорослей в 2,5–8 раз. Наибольший прорыв продемонстрировала бурая водоросль: её способность удерживать цезий выросла в 11 раз и достигла 113,64 мг/г. Это сделало её на 15% эффективнее обработанной красной и на 12% лучше морской травы», — отметили в ПНИПУ, добавив, что эксперимент подтвердил эффективность метода модификации и выявил оптимальный материал для производства нового сорбента.
В перспективе разработка может быть использована при создании промышленных фильтров для очистки воды от радионуклидов и других опасных веществ. Также отмечают возможность адаптации технологии для производства медицинских энтеросорбентов, предназначенных для выведения цезия и сопутствующих радионуклидов из организма человека и животных.
Ключевые слова для поиска: биосорбент, очистка воды, цезий‑137, ПНИПУ, ферроцианид железа, берлинская лазурь, альгинаты, морские водоросли, энтеросорбенты.