Вопрос радиоактивного загрязнения водоемов становится все более острым для многих стран. Особую опасность представляет цезий-137 — продукт деятельности атомных электростанций, ядерных испытаний и промышленных предприятий. Этот радионуклид отличается высокой подвижностью, способен накапливаться в живых организмах и сохраняет активность десятилетиями. В результате он угрожает не только экосистемам, но и здоровью людей, вызывая тяжелые заболевания при попадании в организм.
Цезий-137 легко проникает в пищевые цепи, поскольку его химические свойства схожи с калием. Организм не различает эти элементы, поэтому радиоактивный цезий распределяется по тканям, особенно концентрируясь в мышцах и внутренних органах. Внутреннее облучение приводит к повреждению клеток, мутациям и росту риска онкологических заболеваний. Поэтому эффективные методы удаления цезия из воды остаются одной из ключевых задач для ученых и экологов.
Проблема очистки
Существующие технологии фильтрации радиоактивных отходов имеют ряд недостатков. Природные сорбенты, такие как цеолиты, глины и водоросли, не способны избирательно захватывать только цезий — они поглощают и другие ионы, быстро насыщаясь и теряя эффективность. Коагуляция, при которой загрязнения связываются в крупные хлопья с помощью химикатов, позволяет быстро очищать большие объемы воды, но создает новые экологические проблемы: образуется радиоактивный ил, который сложно утилизировать.
В поисках более эффективных и безопасных решений ученые по всему миру разрабатывают новые материалы, способные селективно удалять цезий даже в присутствии других металлов. Особое внимание уделяется биосорбентам — природным или модифицированным веществам, которые могут связывать радионуклиды благодаря своей структуре и химическим свойствам.
Эксперимент с водорослями
Группа исследователей из Пермского Политехнического университета (ПНИПУ) предложила инновационный подход: использовать водоросли в сочетании с ферроцианидом железа. Для эксперимента были выбраны три вида водорослей, отличающихся по строению: морская трава Zostera marina, красная Phyllophora nervosa и бурая Cystoseira barbata. Все они содержат альгинаты — природные полимеры, способные связывать тяжелые металлы.
В ходе испытаний выяснилось, что природные водоросли действительно способны поглощать цезий, однако их сорбционная емкость не дотягивает до промышленных стандартов. Лучший результат показала красная водоросль — 97,27 мг цезия на грамм сорбента, что все же недостаточно для массового применения.
Модификация материала
Чтобы повысить эффективность, ученые модифицировали поверхность водорослей, нанеся на нее тонкие слои ферроцианида железа — вещества, известного как «берлинская лазурь». Этот компонент формирует на поверхности биосорбента молекулярные ловушки, которые избирательно захватывают и удерживают ионы цезия даже в присутствии других металлов.
Дополнительную устойчивость материалу придают функциональные группы на поверхности водорослей, которые предотвращают вымывание активного вещества. Для оценки эффективности образцы помещали в растворы с ионами цезия, а затем измеряли остаточную концентрацию с помощью атомно-абсорбционного спектрометра.
Результаты и перспективы
Обработка водорослей «берлинской лазурью» позволила увеличить их сорбционную емкость в 2,5–8 раз. Особенно впечатляющие результаты показала бурая Cystoseira barbata: ее способность удерживать цезий выросла в 11 раз, достигнув 113,64 мг на грамм. Это на 15% выше, чем у модифицированной красной водоросли, и на 12% больше, чем у морской травы.
Эксперимент подтвердил, что именно этот вид водорослей в сочетании с ферроцианидом железа может стать основой для создания эффективных фильтров, способных очищать воду от радиоактивных загрязнений на уровне, необходимом для промышленного применения.
Будущее технологии
Разработка открывает новые возможности не только для очистки воды, но и для создания медицинских препаратов — энтеросорбентов, которые могут выводить радионуклиды из организма человека и животных. Экологичность и безопасность такого материала делают его перспективным для широкого внедрения в различных сферах — от ликвидации последствий аварий до профилактики радиационного заражения.
Если Вы не знали, Пермский Политехнический университет (ПНИПУ) — один из ведущих технических вузов России, активно занимающийся исследованиями в области химии, экологии и биотехнологий. Университет известен своими инновационными разработками, которые находят применение как в промышленности, так и в медицине. Команда ученых, работавшая над созданием нового биосорбента, уже не раз становилась лауреатом российских и международных научных премий.
