Ученые из Ростова усовершенствовали способность биоугля абсорбировать медь и свинец из почвы. Для этого его объединили с металл-органическими каркасными структурами, обладающими рекордными показателями пористости. Возможности получившегося в результате всех преобразований нанокомпозита описаны на официальном сайте Десятилетия науки и технологий в России.
Металл-органические каркасы представляют собой высокопористые полимера, состоящие из металлических ионов или кластеров, связанных органическими молекулами. Они обладают высокими впитывающими характеристиками и используются как катализаторы, а также для поглощения и разделения газов, включая улавливание углекислого газа. Свойства этих структур легко регулируются изменением состава, что делает их эффективными для связывания тяжелых металлов.
Сообщается, что для разработки нанокомпозита ученые использовали хорошо исследованный железосодержащий металл-органический каркас. Синтез осуществлялся в лаборатории с применением железного порошка и органической кислоты. Биоуголь получили из пшеничной соломы — отходов, оставшихся после уборки урожая. Затем компоненты будущего композита смешали и выдержали при температуре 120 °C около 20 минут.
Анализ структуры полученного материала показал, что благодаря введению металл-органического каркаса площадь поверхности биоугля увеличилась в шесть раз за счет образования дополнительных пор. Это свидетельствует о повышенной способности нового материала захватывать тяжелые металлы. Для проверки этой гипотезы ученые добавили нанокомпозит в образцы почвы, искусственно загрязненные свинцом и медью. В качестве контроля использовался биоуголь без добавления металл-органического каркаса.
Эксперимент показал, что нанокомпозит способен удалять до 99% тяжелых металлов из почвы, даже при высоком уровне загрязнения, в то время как эффективность обычного биоугля в аналогичных условиях снижается до 82%. Авторы исследования выделили два ключевых механизма, объясняющих высокие показатели нового материала. Первый заключается в образовании комплексов между металлами и кислородсодержащими группами металл-органического каркаса. Второй механизм основан на ионном обмене между железосодержащими центрами композита и положительно заряженными частицами металлов в почве, что надежно фиксирует загрязнители внутри пор нанокомпозита.
Ранее международная команда ученых в ходе уникального эксперимента выяснила, может ли хитозан — компонент панцирей креветок, — эффективно регулировать высвобождение лекарств в условиях невесомости. Разработка такой технологии необходима для медицинского обеспечения космонавтов во время длительных миссий.
