Загрязнение водоемов радиоактивными веществами стало одной из самых серьезных угроз для экологии и здоровья человека. В результате работы атомных электростанций и других предприятий, связанных с ядерной энергетикой, в сточные воды и водоемы попадают ионы стронция, которые могут накапливаться в организме и вызывать серьезные заболевания. Хотя на сегодняшний день существует несколько методов для удаления стронция из воды, ни один из них не сочетает в себе эффективность, скорость и доступность. В связи с этим, ученые ПНИПУ разработали новый сорбент на основе бурых водорослей, который значительно улучшает процесс очистки. Подробности можно узнать в Газете Новости Кунгурского края.
Радиоактивное загрязнение воды стало одной из самых долговечных экологических проблем, с которыми сталкивается человечество. Источники этой угрозы разнообразны и включают ядерные испытания, аварии на атомных электростанциях, сбросы отходов атомной промышленности, а также захоронение радиоактивных материалов в океане. Все эти факторы приводят к накоплению токсичных веществ не только в сточных водах, но и в источниках питьевой воды, что представляет собой серьезную опасность для здоровья.
Стронций, как химический элемент, опасен тем, что он может попадать в организм человека через воду и пищу, вызывая тяжелые нарушения здоровья. Его стабильные формы способны накапливаться в костной ткани, замещая кальций и приводя к деформации и ломкости костей, а также негативно влияя на работу печени, почек и сердечно-сосудистой системы. Радиоактивные изотопы стронция, такие как Sr-90, могут стать источником внутреннего облучения и увеличивают риск развития онкологических заболеваний, включая лейкемию.
Для решения этой проблемы необходима очистка промышленных сточных вод и природных водоемов. На данный момент в основном используются ионообменные смолы и химические реагенты, которые либо обладают низкой сорбционной емкостью, либо требуют значительных энергозатрат для своего синтеза при высоких температурах (обычно от 800 до 1000 °C и выше). Кроме того, традиционным методам зачастую требуется более часа для полного связывания загрязнителей, что может быть критичным в аварийных ситуациях, когда необходимо срочно остановить распространение радиации.
Даже более эффективные природные сорбенты, такие как те, что получены из водных растений, кофейной гущи или глин, не нашли массового применения из-за сложности их получения и высокой стоимости. В результате, до сих пор не существует доступного, быстрого и эффективного решения для очистки воды от изотопов стронция.
Ученые ПНИПУ предложили новый подход к решению этой проблемы, разработав сорбент на основе бурых морских водорослей. Этот новый материал способен связывать значительно больше ионов стронция и работает в три раза быстрее, чем существующие аналоги. В качестве сырья для разработки был выбран вид бурых водорослей Cystoseira barbata, который обладает особенными природными свойствами, позволяющими эффективно связывать ионы таких металлов, как барий, радий, цезий и стронций.
Однако сами по себе бурые водоросли имеют ограниченные возможности по связыванию частиц. Поэтому ученые разработали новую технологию их обработки, чтобы повысить сорбционные свойства. Сначала сырье высушивают на воздухе, затем измельчают и промывают дистиллированной водой для удаления лишних примесей. После этого водоросли обрабатываются специальными растворами-модификаторами, которые увеличивают количество активных групп на поверхности материала.
В качестве модификаторов исследователи использовали раствор полиакриламида (синтетического полимера), уксусную кислоту и ферроцианид калия (соль). Для определения наиболее эффективного варианта были приготовлены три образца сорбента. В процессе исследования каждая партия обрабатывалась различными составами и затем тестировалась на способность связывать ионы стронция.
По результатам испытаний образец сорбента с полиакриламидом показал наилучшие результаты, связывая до 129,84 мг стронция — это больше, чем у популярных аналогов на основе пектинов из морской травы. Однако главное преимущество нового сорбента заключается в его скорости работы: он срабатывает за 20 минут, в то время как традиционные решения требуют более часа. Это достигается благодаря увеличению количества активных групп на поверхности водорослей, что облегчает захват токсичных частиц.
Ранее бурые водоросли использовались для очистки воды от тяжелых металлов, нефтепродуктов и органических загрязнителей, однако для удаления стронция их применение было неэффективным. Новый подход к обработке водорослей, при котором не требуются высокие температуры, выгодно отличает его от многих существующих методов, где используется пиролиз — термическая обработка при температуре 400-700 °C и выше.
Разработанный сорбент на основе модифицированной биомассы Cystoseira barbata имеет потенциал для очистки воды, включая питьевую, от ионов стронция даже при высоких концентрациях загрязнителя. Это открывает возможности для его использования на предприятиях атомной отрасли для ликвидации последствий утечек и повышения экологической безопасности, снижая риски для здоровья населения, связанные с воздействием стронция.