С каждым годом проблема загрязнения воды тяжелыми металлами становится все острее. Промышленные выбросы, сельскохозяйственные стоки и другие антропогенные факторы приводят к накоплению в водоемах опасных веществ, таких как свинец, кадмий, медь и железо. Эти элементы даже в малых концентрациях представляют серьезную угрозу для экосистем и здоровья человека, поскольку способны накапливаться в живых организмах и нарушать их жизненные функции.
В поисках эффективных и экологичных решений ученые из Красноярского научного центра СО РАН обратили внимание на природные биополимеры, содержащиеся в древесине. Исследователи выделили из опилок сибирской ели (Picea obovata) галактоглюкоманнан — полисахарид, который в естественном состоянии слабо взаимодействует с ионами металлов. Однако после химической модификации его свойства значительно улучшились.
Ключевым этапом исследования стало применение TEMPO-опосредованного окисления. Этот метод позволил преобразовать нейтральные гидроксильные группы биополимера в карбоксильные, которые обладают отрицательным зарядом и активно притягивают положительно заряженные ионы металлов. В результате модифицированный материал продемонстрировал высокую эффективность в связывании свинца, меди, кадмия и железа даже в условиях сложного химического состава загрязненной воды.
По словам старшего научного сотрудника Института химии и химической технологии СО РАН, кандидата химических наук Юрия Маляра, новый материал может стать основой для создания экологически безопасных фильтров и сорбентов. Так, окисленный галактоглюкоманнан не только эффективно удаляет тяжелые металлы из воды, но и проявляет антиоксидантные свойства, что расширяет сферу его потенциального применения.
Особенность разработки заключается в ее доступности и экологичности. Опилки ели, которые являются отходами деревообрабатывающей промышленности, теперь могут получить вторую жизнь в качестве сырья для производства сорбентов. Это не только снижает нагрузку на окружающую среду, но и предлагает экономически выгодное решение для очистки воды в промышленных масштабах.
Ученые также отмечают, что модифицированный биополимер превосходит по эффективности многие синтетические аналоги. Его сорбционная емкость оказалась выше, чем у ряда коммерчески доступных материалов, что делает его перспективным для использования в системах фильтрации, гидрогелях и композитных пленках. Кроме того, технология может быть адаптирована для применения в медицине и пищевой промышленности, где требуется удаление токсичных элементов.
Ранее ученые Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна (СПбГУПТД) разработали технологию водной очистки для аппарата ФОРТ.