Многоразовая биомасса очистила воду от микропластика

Многоразовую биоразлагаемую пену с волокнами разработали исследователи из Уханьского университета в Китае. Вещество способно удалять до 99,8% микропластика из загрязнённой воды. Пена представляет собой самостоятельно формирующуюся «сеть» из хитина и целлюлозы.


Напомним, что хитин — это биополимер, из которого состоят плотные оболочки членистоногих, например ракообразных и насекомых, а также он содержится в грибах, бактериях и сине-зелёных водорослях. А целлюлоза — также обильное в природе органическое соединение, по типу своему — углевод, основа клеточных оболочек всех наземных растений.

Полученная из отходов биомасса на основе хитина и целлюлозы успешно прошла испытания в естественных природных условиях, в четырёх водных средах.

Новый адсорбент (поглощающее вещество), разработанный коллективом профессора Хунбина Денга, состоит из переплетённых бета-хитиновых нановолокон, полученных из хорд (позвоночников) кальмаров с протонированными аминами (соединения аммиака) и взвешенными целлюлозными волокнами, полученными из хлопка. Созданная структура сама собирается в высокопористую взаимосвязанную сеть.

Денг объяснил, что самосборка особенно важна, поскольку полученная пена не требует ни сложной обработки химическими реагентами, ни добавления токсичных или дорогостоящих веществ.

Ингредиенты делают поверхность пены шероховатой и положительно заряженной, создавая множество участков, которые могут взаимодействовать и адсорбировать (поглощать) частицы пластика размером от менее чем 100 нанометров до более чем 1000 микрон.

Денг сказал, что при этом активны несколько механизмов: физическое взаимодействие, электростатическое притяжение и межмолекулярные связи. Последнее понятие включает взаимодействия, связанные с водородными связями, силами Ван-дер-Ваальса (притяжения между атомами или молекулами) и слабыми водородными связями, например, между группами соединений с OH (кислород с водородом) и CH (углерод с водородом).

Исследователи протестировали свою пену в озере, прибрежной и стоячей воде небольшого пруда, а также воде для сельскохозяйственного полива. Ученые объединили эти эксперименты по адсорбции с моделированием процессов на компьютерах, чтобы лучше понять, как работает пена.

Так было обнаружено, что пена может поглощать различные нано- и микрочастицы пластика, в том числе полистирол, полиметилметакрилат, полипропилен и полиэтилентерефталат. Эти загрязнители содержатся в предметах повседневного обихода, от деталей электроники до упаковки для продуктов питания и текстиля. Оказалось, что пена может поглощать такие частицы даже в водоёмах, загрязнённых токсичными металлами, такими как свинец, и химическими красителями.

Изобретённое вещество поглотило почти 100% частиц при первом цикле использования и около 96–98% частиц в течение следующих пяти циклов, то есть проявило себя как многоразовое средство.

Поскольку сырьё, необходимое для изготовления пены, легкодоступно, а процесс производства прост, производить её можно задёшево и сколько угодно.


— Денг.

Коллектив учёных уже подал заявку на патент на новый материал. И теперь химики ищут промышленных партнёров, которые помогут с производством. Тем временем профессор надеется, что открытие поможет привлечь дополнительное внимание к проблеме микропластика и убедить ещё большее число учёных работать над ней.

Количество пластиковых отходов в окружающей среде достигло ужасающих масштабов в несколько миллиардов тонн. Пластик разлагается крайне медленно и представляет опасность для экосистем на протяжении всего этого времени. Водная флора и фауна особенно уязвимы, поскольку частицы пластика размером в микрон соединяются с другими загрязняющими веществами в воде и попадают в живые организмы.

Существующие на сегодняшний день технологии фильтрации неэффективны, поскольку частицы чрезвычайно малы.