Специалисты НИЦ "Курчатовский институт" разработали новый подход для борьбы с проблемой неконтролируемого роста водорослей в водоемах. Они создали многофункциональный высокопористый материал, который одновременно адсорбирует биомассу на своей поверхности и сдерживает ее дальнейший рост. Получить желаемое сочетание свойств удалось за счет использования двух компонентов — хлорированного поливинилхлорида, который обеспечивает прочность фильтра в процессе эксплуатации, и природного полимера хитозана, который фиксирует биомассу. Результаты этого исследования опубликованы в журнале Journal of Applied Polymer Science.
Развитие промышленности и сельского хозяйства неразрывно связано с негативным влиянием на водные экосистемы. Загрязнение водоемов индустриальными отходами и удобрениями приводит к эвтрофикации — массовому развитию водорослей, оказывающих негативное воздействие на всю экосистему. Этот процесс сопровождается выработкой токсинов, которые опасны как для представителей флоры и фауны, так и для человека. Технологии, используемые в настоящее время для очистки водоемов, не являются превентивными и предназначены лишь для борьбы с последствиями эвтрофикации. Как правило, они направлены на то, чтобы тем или иным способом осадить биомассу на дно водоема. Это не лучший подход, так как соединения азота и фосфора, содержащиеся в водорослях, остаются в водной среде и могут привести к новой вспышке массового цветения.
"Уникальность нашей технологии заключается в том, что она одновременно включает в себя сбор биомассы и ее утилизацию, а также снижает активность роста водорослей в близлежащих водных пространствах. Это дает возможность не только устранять последствия эвтрофикации, но и отчасти предупреждать ее повторное возникновение",
— пояснил старший научный сотрудник Отдела биотехнологий и биоэнергетики НИЦ "Курчатовский институт" Кирилл Горин. По словам ученого, материал соответствует требованиям безопасности, сохраняет свою структуру в течение всего срока эксплуатации, а также имеет высокую удельную поверхность, что позволяет адсорбировать значительное количество биомассы.
Новый композит представляет собой волокнистый нетканый материал из хлорированного поливинилхлорида, в структуру которого включен хитозан. Он получен методом электроспиннинга в лаборатории полимерных материалов Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий. Исследователи подобрали соотношение двух компонентов композита таким образом, чтобы он сохранял оптимальный баланс адсорбционных свойств и обеспечивал требуемые прочностные характеристики.
Использование хитозана в составе материала дает целый ряд преимуществ. Во-первых, этот биополимер значительно повышает эффективность адсорбции биомассы. Во-вторых, он является биоразлагаемым, а это значит, что материал после сбора водорослей можно использовать в качестве удобрения. Постепенно разрушаясь в почве, он способен высвобождать соединения азота и фосфора, содержащиеся в адсорбированной биомассе. И, наконец, третьим преимуществом наличия хитозана в составе композита оказалась его способность замедлять рост биомассы. Эта особенность была обнаружена учеными в экспериментах с цианобактериями и микроводорослями, населяющими пресные водоемы и, в частности, озеро Байкал. Сейчас специалисты детально исследуют механизмы воздействия хитозана на различные микроорганизмы — как пресноводные, так и морские. В дальнейшие планы ученых входит разработка прототипа новой системы для сбора биомассы и ее испытание в естественном водоеме.