Борщевик Сосновского поможет бороться с радиоактивными отходами
Российские ученые выяснили, что растительную биомассу борщевика Сосновского можно успешно использовать для создания сорбентов, очищающих воды от радионуклидов. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Carbon Resources Conversion.
Атомная промышленность — один из самых надежных и эффективных способов получения энергии. Однако радионуклиды — радиоактивные элементы, образующиеся в процессе ядерных реакций, — попадают в окружающую среду и приводят к ее загрязнению. Это может происходить в результате деятельности человека (удобрение сельскохозяйственных земель, тяжелая промышленность, разработка месторождений природных ископаемых, захоронение радиоактивных отходов, выбросы радиации атомных электростанций), а может по естественным причинам — радиоактивное излучение элементов земной коры, гамма-излучение из космоса. Так, уран — один из самых распространенных долгоживущих радионуклидов, — попадая в почву, накапливается в ней, загрязняет подземные и поверхностные воды и, растворяясь в них, разносится по озерам, рекам и морям. Далее радионуклиды могут попадать в живые организмы, в том числе человека, что может вызывать повреждение жизненно важных органов и онкологические заболевания. В связи с этим специалисты ищут эффективный метод очистки воды от радионуклидов.
Ученые из Федерального исследовательского центра «Коми научный центр Уральского отделения РАН» (Сыктывкар), Научно-исследовательского института синтетического каучука имени академика С. В. Лебедева (Санкт-Петербург) и Северного (Арктического) федерального университета имени М. В. Ломоносова (Архангельск) создали наноуглеродные адсорбенты, способные поглощать радиоактивные элементы из жидких сред и удерживать их. В качестве исходного сырья исследователи использовали биомассу борщевика Сосновского, природный лигнин — полимерное соединение, содержащееся в клетках наземных растений, а также технический лигнин — побочный продукт глубокой химической переработки древесины.
Изначально борщевик привезли в центральную Европу, чтобы использовать как корм для скота, но растение заполонило все свободные пространства вдоль дорог и в лесах, уничтожая местную флору. Более того, оно оказалось опасным для человека. В стеблях и пыльце борщевика содержатся ядовитые соединения — фуранокумарины, вызывающие ожоги, слепоту и повреждение дыхательной системы. Использование этого растения в качестве сырья для наноматериалов поможет частично ограничить его распространение.
Авторы получили пористый сорбционный материал из смеси порошков исходных растительных биополимеров с добавкой окислителя, используя новейшую технологию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, то есть синтезировали фильтрующий материал, которому придали пористую структуру с помощью обработки соединениями азота и охлаждения.
Эксперименты показали, что новый наноуглеродный адсорбент хорошо удерживает уран. Так, около 70% этих радионуклидов не вымывается ни водой, ни другими растворителями. Также ученые выяснили, что такой материал способен адсорбировать микотоксин Т-2 — продукт жизнедеятельности плесневых грибов, который может накапливаться в зерновых, фруктах, овощах, орехах и вызвать серьезные заболевания.
«Результаты наших исследований подтверждают, что наноуглеродные материалы, полученные из стеблей борщевика, можно применять в качестве препаратов, адсорбирующих вредные элементы, что позволит сохранить здоровье людей, находящихся в условиях хронического радиационного облучения, в том числе на орбитальных станциях и радиоактивно загрязненных территориях. Мы планируем продолжать изучение лигнинов, получаемых из биомассы растений, для создания препаратов, улучшающих качество жизни человека», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Людмила Кочева, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Федерального исследовательского центра «Коми научный центр УрО РАН».