Поскольку вредоносное цветение водорослей (ВЦВ) продолжает распространяться по всему миру, необходимы срочные исследования для устранения этой растущей угрозы. Исследования в Италии, Китае и Атлантическом бассейне показали, что во многих водоемах высокое соотношение азота к фосфору, что делает фосфор ключевым фактором, вызывающим это цветение. Это подчеркивает острую необходимость в более эффективных стратегиях управления фосфором, чтобы сдержать рост ВЦВ и защитить наши экосистемы.
В последнее время растет интерес к поиску полезных способов перепрофилирования проблемной биомассы водорослей, которую можно превратить в ценные продукты, такие как биопластики, биоудобрения и биотопливо. Исследователи уже изучили возможность использования биомассы водорослей для создания материалов, которые могут помочь в очистке от тяжелых металлов, редкоземельных металлов, красителей и даже улавливать CO2 и вредные летучие органические соединения из воздуха.
Однако лишь в нескольких исследованиях рассматривался вопрос о том, как биомассу водорослей, особенно цианобактерий, также известных как сине-зеленые водоросли, можно использовать для создания материалов, удаляющих фосфаты из воды.
Теперь исследователи из Колледжа инженерии и компьютерных наук Атлантического университета Флориды (FAU) заполнили этот пробел, превратив биомассу цианобактерий, которая обычно является опасными отходами, в специально изготовленные адсорбирующие материалы, которые могут извлекать вредный фосфор из воды. Адсорбирующие материалы — это вещества, которые могут притягивать и удерживать молекулы или частицы, такие как газы, жидкости или растворенные твердые вещества, на своей поверхности. В отличие от абсорбирующих материалов, которые впитывают вещества в свою структуру, адсорбенты захватывают молекулы на внешней поверхности, образуя тонкий слой.
Чтобы превратить биомассу водорослей в химически модифицированные адсорбирующие материалы из активированного угля для удаления фосфатов, исследователи собрали биомассу цианобактерий из озера Окичоби во Флориде и обработали ее перед активацией с помощью быстрого и энергоэффективного микроволнового нагрева. Чтобы улучшить удаление фосфатов из воды, исследователи протестировали адсорбирующие материалы, модифицированные хлоридом лантана или хлоридом цинка. Лантан, относительно распространенный металл, входящий в группу редкоземельных элементов. Оба соединения полезны в различных областях, включая очистку окружающей среды, промышленную переработку и химическое производство. Предыдущие исследования не выявили каких-либо рисков для здоровья человека, связанных с использованием лантана для удаления фосфора.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Algal Research, показывают, что материалы, обработанные хлоридом лантана, удаляют более 99% фосфора, даже при начальной концентрации фосфора до 20 миллиграммов на литр воды. Лучший материал можно было синтезировать за три минуты, и он успешно достиг 90% эффективности удаления фосфора при небольшом количестве материала (0,2 грамма на литр загрязненной воды) и всего за 30 минут контакта. Этот материал также хорошо работал в присутствии природных органических веществ, избирательно удаляя фосфор.
Исследование предполагает, что адсорбенты на основе водорослей, модифицированные лантаном, могут помочь уменьшить ВЦВ, удаляя фосфор из воды. Эффективность обусловлена образованием соединения LaPO4.H2O (также известного как рабдофан), которое необратимо удерживает фосфор.
Доктор Масуд Джахандар Лашаки, старший автор, доцент и директор/координатор аспирантуры на кафедре гражданского строительства, окружающей среды и геоматики FAU, заявляет, что полученные результаты показывают что материалы на основе водорослей, модифицированные лантаном, могут быть эффективным решением для удаления фосфора и предотвращения вредоносного цветения водорослей при использовании в больших масштабах. Используя легкодоступные отходы, такие как биомасса водорослей, в сочетании с лантаном, элементом, известным своими сильными фосфорсвязывающими способностями, был разработан адсорбент, который может эффективно улавливать и удалять избыток фосфора из воды. Фосфор, по его словам, является основным фактором, способствующим возникновению вредоносного цветения водорослей, которое может привести к токсичным условиям воды, гибели водных организмов и значительным экономическим последствиям для таких отраслей, как рыболовство и туризм.
Результаты этого исследования показывают перспективность этого инновационного подхода в решении одной из самых насущных проблем в области управления качеством воды. При дальнейшем совершенствовании и масштабировании этот метод может стать важным инструментом для управления загрязнением питательными веществами и сохранения водных экосистем во всем мире.
Доктор Стелла Баталама, декан Инженерно-компьютерного колледжа FAU, заявляет, что исследование команды подчеркивает высокую эффективность этих материалов при удалении фосфора в широком диапазоне концентраций. Этот подход, по ее словам, может обеспечить экологически безопасное и экономичное решение для смягчения последствий эвтрофикации – процесса, при котором избыточные питательные вещества, особенно фосфор, способствуют росту вредных водорослей в озерах, реках и прибрежных районах. Применяя материалы на основе водорослей, модифицированные лантаном, в регионах, подверженных вредоносному цветению водорослей, сообщества, по ее словам, могут значительно снизить частоту возникновения этого цветения, улучшая качество воды, защищая экосистемы и обеспечивая безопасную воду как для использования человеком, так и для дикой природы.
