Поскольку вредоносное цветение водорослей продолжает распространяться по всему миру, необходимы срочные исследования для борьбы с этой растущей угрозой. Исследования, проведенные в Италии, Китае и Атлантическом бассейне, показали, что многие водоемы имеют высокое соотношение азота и фосфора, что делает фосфор ключевым фактором, вызывающим такое цветение. Это подчеркивает острую необходимость в более эффективных стратегиях управления фосфором для сдерживания роста цветения и защиты экосистем, сообщает научное издание EurekAlert!.
В последнее время растет интерес к поиску полезных способов утилизации биомассы водорослей, которая может быть превращена в такие ценные продукты, как биопластик, биоудобрения и биотопливо. Исследователи уже изучили возможность использования биомассы водорослей для создания материалов, которые могут помочь в очистке от тяжелых и редкоземельных металлов, красителей, смогут улавливать CO2 и вредные летучие органические соединения из воздуха.
Однако мало кто изучал, как биомасса водорослей, особенно цианобактерий, также известных как сине-зеленые водоросли, может быть использована для создания материалов, которые удаляют фосфаты из воды.
Исследователи из Колледжа инженерии и компьютерных наук Атлантического университета Флориды восполнили этот пробел, превратив биомассу цианобактерий, которая обычно является опасным отходом, в адсорбенты, способные извлекать вредный фосфор из воды. Адсорбирующие материалы — это вещества, способные притягивать и удерживать на своей поверхности молекулы или частицы, такие как газы, жидкости или растворенные твердые вещества. 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 модифицированный адсорбент для удаления фосфатов, исследователи собрали цианобактерии из озера Окичоби во Флориде и обработали их с помощью быстрого и энергоэффективного микроволнового нагрева. Чтобы улучшить удаление фосфатов из воды, исследователи протестировали адсорбирующие материалы, модифицированные хлоридом лантана или хлоридом цинка. Относительно распространенный лантан — металл, входящий в группу редкоземельных элементов. Оба соединения полезны в различных областях, включая очистку окружающей среды, промышленную обработку и химическое производство. Предыдущие исследования не выявили 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 20 миллиграммов на литр воды. Лучший материал был синтезирован за три минуты и успешно достиг 90% эффективности удаления фосфора при небольшом количестве материала (0,2 грамма на литр загрязненной воды). Этот материал также хорошо показал себя в присутствии природного органического вещества, избирательно удаляя фосфор.
Исследование показывает, что адсорбенты на основе водорослей, модифицированных лантаном, могут помочь снизить уровень цветения за счет удаления фосфора из воды. Эффективность достигается за счет образования соединения LaPO4.H2O (также известного как рабдофан), которое надолго задерживает фосфор.
«Материалы на основе водорослей, модифицированные лантаном, могут стать эффективным решением для удаления фосфора и предотвращения вредного цветения водорослей, если их использовать в больших масштабах», — сказал Масуд Джахандар Лашаки, старший автор статьи. Фосфор является основным фактором, способствующим возникновению вредоносного цветения водорослей, которое может привести к токсичному состоянию воды, гибели водных организмов и значительным экономическим последствиям для таких отраслей, как рыболовство и туризм.
Результаты этого исследования свидетельствуют о перспективности инновационного подхода к решению одной из наиболее актуальных проблем в области управления качеством воды. При дальнейшем совершенствовании и масштабировании эта методика может стать важным инструментом для управления загрязнением питательными веществами и сохранения водных экосистем во всем мире. Применяя модифицированные лантаном материалы на основе водорослей в регионах, подверженных вредоносному цветению водорослей, можно значительно сократить их количество, улучшить качество воды, защитить экосистемы и обеспечить безопасную воду как для людей, так и для дикой природы.
[Фото: Masoud Jahandar Lashaki / FAU Harbor Branch Oceanographic Institute]
