опрос на cleandex

Ученые создали перспективный материал для очистки водоемов от вредоносной биомассы

26.02.2021
Ученые создали перспективный материал для очистки водоемов от вредоносной биомассы

Специалисты НИЦ «Курчатовский институт» разработали новый подход для борьбы с проблемой неконтролируемого роста водорослей в водоемах.

Они создали многофункциональный высокопористый материал, который одновременно адсорбирует биомассу на своей поверхности и сдерживает ее дальнейший рост. Получить желаемое сочетание свойств удалось за счет использования двух компонентов — хлорированного поливинилхлорида, который обеспечивает прочность фильтра в процессе эксплуатации, и природного полимера хитозана, который фиксирует биомассу. Результаты этого исследования опубликованы в журнале Journal of Applied Polymer Science.

Развитие промышленности и сельского хозяйства неразрывно связано с негативным влиянием на водные экосистемы. Загрязнение водоемов индустриальными отходами и удобрениями приводит к эвтрофикации — массовому развитию водорослей, оказывающих негативное воздействие на всю экосистему. Этот процесс сопровождается выработкой токсинов, которые опасны как для представителей флоры и фауны, так и для человека. Технологии, используемые в настоящее время для очистки водоемов, не являются превентивными и предназначены лишь для борьбы с последствиями эвтрофикации. Как правило, они направлены на то, чтобы тем или иным способом осадить биомассу на дно водоема. Это не лучший подход, так как соединения азота и фосфора, содержащиеся в водорослях, остаются в водной среде и могут привести к новой вспышке массового цветения.

«Уникальность нашей технологии заключается в том, что она одновременно включает в себя сбор биомассы и ее утилизацию, а также снижает активность роста водорослей в близлежащих водных пространствах. Это дает возможность не только устранять последствия эвтрофикации, но и отчасти предупреждать ее повторное возникновение», — пояснил старший научный сотрудник Отдела биотехнологий и биоэнергетики НИЦ «Курчатовский институт» Кирилл Горин. По словам ученого, материал соответствует требованиям безопасности, сохраняет свою структуру в течение всего срока эксплуатации, а также имеет высокую удельную поверхность, что позволяет адсорбировать значительное количество биомассы.

Новый композит представляет собой волокнистый нетканый материал из хлорированного поливинилхлорида, в структуру которого включен хитозан. Он получен методом электроспиннинга в лаборатории полимерных материалов Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий. Исследователи подобрали соотношение двух компонентов композита таким образом, чтобы он сохранял оптимальный баланс адсорбционных свойств и обеспечивал требуемые прочностные характеристики.

Использование хитозана в составе материала дает целый ряд преимуществ. Во-первых, этот биополимер значительно повышает эффективность адсорбции биомассы. Во-вторых, он является биоразлагаемым, а это значит, что материал после сбора водорослей можно использовать в качестве удобрения. Постепенно разрушаясь в почве, он способен высвобождать соединения азота и фосфора, содержащиеся в адсорбированной биомассе. И, наконец, третьим преимуществом наличия хитозана в составе композита оказалась его способность замедлять рост биомассы. Эта особенность была обнаружена учеными в экспериментах с цианобактериями и микроводорослями, населяющими пресные водоемы и, в частности, озеро Байкал. Сейчас специалисты детально исследуют механизмы воздействия хитозана на различные микроорганизмы — как пресноводные, так и морские. В дальнейшие планы ученых входит разработка прототипа новой системы для сбора биомассы и ее испытание в естественном водоеме.

Они создали многофункциональный высокопористый материал, который одновременно адсорбирует биомассу на своей поверхности и сдерживает ее дальнейший рост. Получить желаемое сочетание свойств удалось за счет использования двух компонентов — хлорированного поливинилхлорида, который обеспечивает прочность фильтра в процессе эксплуатации, и природного полимера хитозана, который фиксирует биомассу. Результаты этого исследования опубликованы в журнале Journal of Applied Polymer Science.

Развитие промышленности и сельского хозяйства неразрывно связано с негативным влиянием на водные экосистемы. Загрязнение водоемов индустриальными отходами и удобрениями приводит к эвтрофикации — массовому развитию водорослей, оказывающих негативное воздействие на всю экосистему. Этот процесс сопровождается выработкой токсинов, которые опасны как для представителей флоры и фауны, так и для человека. Технологии, используемые в настоящее время для очистки водоемов, не являются превентивными и предназначены лишь для борьбы с последствиями эвтрофикации. Как правило, они направлены на то, чтобы тем или иным способом осадить биомассу на дно водоема. Это не лучший подход, так как соединения азота и фосфора, содержащиеся в водорослях, остаются в водной среде и могут привести к новой вспышке массового цветения.

«Уникальность нашей технологии заключается в том, что она одновременно включает в себя сбор биомассы и ее утилизацию, а также снижает активность роста водорослей в близлежащих водных пространствах. Это дает возможность не только устранять последствия эвтрофикации, но и отчасти предупреждать ее повторное возникновение», — пояснил старший научный сотрудник Отдела биотехнологий и биоэнергетики НИЦ «Курчатовский институт» Кирилл Горин. По словам ученого, материал соответствует требованиям безопасности, сохраняет свою структуру в течение всего срока эксплуатации, а также имеет высокую удельную поверхность, что позволяет адсорбировать значительное количество биомассы.

Новый композит представляет собой волокнистый нетканый материал из хлорированного поливинилхлорида, в структуру которого включен хитозан. Он получен методом электроспиннинга в лаборатории полимерных материалов Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий. Исследователи подобрали соотношение двух компонентов композита таким образом, чтобы он сохранял оптимальный баланс адсорбционных свойств и обеспечивал требуемые прочностные характеристики.

Использование хитозана в составе материала дает целый ряд преимуществ. Во-первых, этот биополимер значительно повышает эффективность адсорбции биомассы. Во-вторых, он является биоразлагаемым, а это значит, что материал после сбора водорослей можно использовать в качестве удобрения. Постепенно разрушаясь в почве, он способен высвобождать соединения азота и фосфора, содержащиеся в адсорбированной биомассе. И, наконец, третьим преимуществом наличия хитозана в составе композита оказалась его способность замедлять рост биомассы. Эта особенность была обнаружена учеными в экспериментах с цианобактериями и микроводорослями, населяющими пресные водоемы и, в частности, озеро Байкал. Сейчас специалисты детально исследуют механизмы воздействия хитозана на различные микроорганизмы — как пресноводные, так и морские. В дальнейшие планы ученых входит разработка прототипа новой системы для сбора биомассы и ее испытание в естественном водоеме.

Все комментарии
Комментировать
Введите число, которое видите на картинке

Чистые технологии: