Сегодня в мире актуальна проблема экологически безопасного очищения окружающей среды от радионуклидов (радиоактивных веществ) и тяжелых металлов. Опасные токсиканты, находящиеся в почве, воде и воздухе, попадают в организм и негативно влияют на здоровье человека и животных. Способность растений поглощать радиоактивные элементы дает возможность на их основе получать экологически чистые биосорбенты. Ученые Пермского Политеха изучили возможность создания такого сорбента на основе бурых водорослей. Способ перспективен для очистки вод, а также изготовления лекарственных препаратов, позволяющих извлечь тяжелые металлы и радионуклиды из организма человека и животных.
Ученые Пермского Политеха выяснили, какие водоросли эффективны для создания биосорбента / © Stefan Sebok, unsplash
Статья с результатами опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология». Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Среди наиболее опасных для здоровья выделяют металлы-токсиканты – кадмий, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, цинк, хром и радиоактивные элементы. Радиоцезий – один из самых вредных изотопов, период его полураспада составляет более 30 лет, следовательно, радиоактивное загрязнение после крупных аварий на атомных станциях сохраняется надолго.
Сегодня существуют различные виды неорганических сорбентов для очистки вод от радионуклидов и тяжелых металлов. Но также способность поглощать такие вещества имеют некоторые растения и низшие морские животные, что позволяет использовать их для создания более полезного для окружающей среды очищающего материала.
В настоящее время существуют различные виды неорганических сорбентов для очистки вод от радионуклидов и тяжелых металлов. Также способностью поглощать такие вещества обладают некоторые растения, что позволяет использовать их для создания более эффективного сорбента.
Ученые Пермского Политеха изучили возможность изготовления экологически чистого нетоксичного биосорбента из бурых водорослей, так как они содержат множество активных групп, способных связывать ионы металлов и тем самым очищать среду от радиоактивных элементов.
«Мы исследовали три вида бурых водорослей рода Cystoseira из Черного моря: Cystoseira crinita, Cystoseira erica и Cystosеira barbata. Это многолетние организмы, растущие на каменистых грунтах Черного и Азовского морей на глубине 0,5-20 метров. Изучили химический состав видов и их сорбционную емкость, оценили способность поглощать ионы цезия в статических и динамических условиях», – рассказывает студентка кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ Екатерина Сбитнева.
Особенность структуры морских водорослей в том, что они содержат поры, размеры которых соотносимы с размерами ионов цезия. «В ходе эксперимента в ионообменную колонку, заполненную сорбентом, мы пропускали раствор нитрата цезия. На выходе из колонки раствор анализировали на содержание металла. В результате только в случае использования морских водорослей вида Cystosеira barbata происходит максимальное поглощение ионов цезия. Значение адсорбции более чем в 1,5 раза превышает значение адсорбционной емкости вида Cystoseira crinita», – объяснила Екатерина Сбитнева.
«Изучение селективности (избирательности) водорослей по отношению к ионам цезия в растворах необходимо, так как радиоактивные водные растворы с его содержанием имеют сложный состав – в них большое количество ионов натрия и калия. При изучении влияния конкурирующих ионов мы установили, что их наличие препятствует сорбции ионов цезия. При концентрации натрия в растворе выше концентрации цезия в 100 раз, степень его извлечения падает от 1,4 до 3,3 раза на различных типах биосорбента. В присутствии калия показатели падают еще больше, но все же наибольшей селективностью обладает биосорбент на основе водорослей вида Cystosеira barbata», – поясняет кандидат химических наук, доцент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ Лариса Пан.
Бурые водоросли содержат активные группы органических соединений, которые поглощают из раствора одно- и двухвалентные металлы. Применять это свойство возможно для сорбентов, используемых при комплексной очистке вод, загрязненных тяжелыми металлами и радионуклидами.
Политехники отмечают, что использование бурых водорослей перспективно, потому что это нетоксичное, недорогое и доступное сырье для получения экологически чистых сорбентов, которые можно применять в качестве лекарственных препаратов для извлечения тяжелых металлов и радионуклидов из организма человека и животных. Исследование ученых ПНИПУ показало, что лучшими свойствами из изученных образцов обладают водоросли Cystosеira barbata. Полученные результаты при измерении объемной емкости позволяют использовать этот вид в будущем для создания усовершенствованных биосорбентов с улучшенными характеристиками.
