Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета создали новый биосорбент для очистки водных ресурсов от радиоактивного загрязнения. Материал на основе морских водорослей превзошел по эффективности природные аналоги в 11 раз. Разработка направлена на решение проблемы утилизации опасных радиоактивных отходов, в частности цезия-137.
Основную угрозу для экологии представляет именно этот изотоп, который образуется в результате деятельности атомных электростанций, работы предприятий ядерного топливного цикла и испытаний оружия. Радионуклид сохраняет активность в окружающей среде более 30 лет, способен мигрировать по водным системам и накапливаться в пищевых цепях, повышая риск возникновения онкологических заболеваний. Традиционные методы очистки имеют существенные недостатки: природные сорбенты, такие как глина или цеолиты, быстро теряют эффективность из-за неизбирательного поглощения веществ, а методы химического осаждения приводят к образованию радиоактивного осадка, сложного в утилизации.
Для создания нового материала исследователи выбрали три типа водорослей с различной структурой поверхности: волокнистую морскую траву Zostera marina, пластинчатую красную водоросль Phyllophora nervosa и ветвистую бурую Cystoseira barbata. Все эти растения содержат альгинаты – природные полимеры, способные связывать тяжелые металлы. Однако естественной поглощающей способности биоматериала недостаточно для использования в промышленных масштабах, поэтому ученые применили метод модификации поверхности растений.
На водоросли слоями нанесли ферроцианид железа, известный также как «берлинская лазурь». Это соединение выполняет роль молекулярных ловушек, избирательно захватывая и удерживая ионы цезия даже в присутствии других металлов. В ходе экспериментов подготовленные образцы помещали в растворы с радиоактивным элементом, а эффективность очистки контролировали с помощью атомно-абсорбционного спектрометра, фиксирующего изменение концентрации металла.
Результаты испытаний показали, что обработка «берлинской лазурью» значительно повысила сорбционную емкость материалов – показатели выросли в 2,5–8 раз в зависимости от типа сырья. Наибольшую эффективность продемонстрировала бурая водоросль: ее способность удерживать опасные частицы увеличилась в 11 раз, достигнув значения 113,64 мг на грамм. Этот результат оказался на 15% выше, чем у модифицированной красной водоросли, и на 12% превзошел показатели морской травы.
Эксперимент подтвердил перспективность выбранного метода модификации для создания промышленных фильтров очистки воды. Кроме того, технология может лечь в основу производства безопасных медицинских препаратов – энтеросорбентов, предназначенных для выведения радионуклидов из организма человека и животных.