Учёные открыли природный механизм, способный одновременно решать две экологические задачи: обезвреживать токсичный хром и связывать углерод. Ключ к решению — особый минерал железа, который действует как естественный очиститель загрязнённых почв.
Проблема: шестивалентный хром (Cr VI)
Это высокотоксичное вещество:
- часто встречается на гальванических предприятиях, кожевенных заводах и в отвалах шахт;
- легко растворяется в воде и проникает в грунтовые воды;
- представляет серьёзную угрозу для здоровья человека и экосистем.
Прорывное открытие
Команда исследователей под руководством профессора Бин Донга (Университет Тунцзи) изучила, как различные оксиды и гидроксиды железа взаимодействуют с растворенными органическими веществами и хромом. Главный вывод: не все минералы железа одинаково эффективны.
Ферригидрит — минерал с низкой степенью кристалличности — оказался значительно лучше кристаллических аналогов (гетита и гематита) в:
- восстановлении Cr VI;
- связывании токсичного хрома.
Почему ферригидрит эффективнее?
Его преимущества обусловлены структурой:
- неупорядоченная кристаллическая решётка;
- высокореактивная поверхность.
Благодаря этим свойствам ферригидрит:
- Связывает как органические вещества, так и хром непосредственно на своей поверхности.
- Обеспечивает «поверхностный процесс» очистки (в отличие от реакций в окружающей воде, характерных для других систем).
- Использует несколько механизмов связывания:
- электростатическая адсорбция;
- обмен лигандами;
- встраивание в кристаллическую решётку.
Это обеспечивает более стабильную иммобилизацию загрязнителей.
Двойной эффект: очистка и улавливание углерода
Взаимодействие ферригидрита с органическими веществами даёт дополнительный бонус:
- углерод фиксируется на поверхности минерала;
- снижается риск его превращения в углекислый газ и выброса в атмосферу.
Таким образом, технология не только очищает почвы, но и способствует секвестрации углерода.
Доказательная база
Для подтверждения результатов команда провела:
- эксперименты по выщелачиванию с реальными загрязнёнными шахтными грунтами (показало снижение подвижности хрома);
- анализ с помощью масс‑спектрометрии сверхвысокого разрешения;
- исследования на передовой электронной микроскопии (позволили отследить молекулярные взаимодействия в реальном времени).
Перспективы применения
Открытие открывает путь к:
- экологичным стратегиям рекультивации — использование природных материалов вместо энергозатратных химических методов;
- местной очистке загрязнённых территорий — активация железосодержащих минералов прямо на месте;
- комплексному управлению загрязнением — одновременное решение проблем с хромом и углеродом.
Значение для науки и практики
Исследование не просто предлагает технологию очистки, но и:
- углубляет понимание взаимосвязей циклов железа, углерода и хрома в почвах и донных отложениях;
- создаёт основу для новых подходов к борьбе с загрязнением и регулированию углеродных выбросов.
«В природе существует встроенная система фильтрации, но не все минералы одинаковы», — подчёркивает профессор Бин Донг. — «Поняв молекулярные механизмы взаимодействия, мы сможем разрабатывать более эффективные решения для очистки загрязнённых почв и помощи планете в накоплении углерода».