Углеродный материал нового поколения способен вытащить неоникотиноиды прямо из реки

Группа исследователей синтезировала сорбент, который поглощает неоникотиноидные пестициды из загрязнённой воды с эффективностью, недостижимой для большинства существующих материалов. Разработка прошла проверку не только в лабораторных условиях, но и на реальных образцах сельскохозяйственных стоков - и выдержала. Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.

Почему неоникотиноиды - это серьёзно

Неоникотиноиды - сегодня самый распространённый класс инсектицидов в мире. Их применяют на зерновых, овощных и садовых культурах повсеместно. Проблема в том, что эти соединения легко вымываются в водоёмы с дождевыми стоками и ирригационными водами, а там ведут себя как стойкие загрязнители.

Последствия предсказуемы: подавление популяций насекомых-опылителей, токсичное воздействие на водные организмы, накопление в трофических цепях. Классические методы водоподготовки с этими веществами справляются плохо - молекулы слишком малы и полярны для стандартных фильтров.

Что за материал и как он работает

Авторы создали графитизированный микро-мезопористый композитный углерод - GMC. Звучит громоздко, но суть проста: материал обладает огромной удельной поверхностью с разветвлённой системой пор и богатым набором активных групп на поверхности. Именно это позволяет ему удерживать молекулы пестицидов сразу несколькими способами - через π-π-взаимодействия, водородные связи и гидрофобные эффекты одновременно.

Равновесие адсорбции достигается примерно за два часа. Немного, если речь идёт о промышленных масштабах. Цифры по ёмкости впечатляют:

• тиаметоксам - до 1421,3 мг на грамм сорбента
• нитенпирам - 642,7 мг/г

Для сравнения: большинство коммерческих активированных углей показывают в подобных задачах в разы меньшие значения. Разрыв существенный.

Реальные условия и многократное использование

Ключевой момент - испытания в приближённых к практике условиях. Исследователи тестировали GMC не в идеально чистых растворах, а в воде с несколькими видами пестицидов одновременно, природной органикой и растворёнными ионами. Именно так выглядят реальные сельскохозяйственные стоки. Эффективность практически не упала.

Ещё один козырь - регенерация. После пяти полных циклов работы материал сохранил характеристики без значимых потерь. Это принципиально для практики: одноразовый сорбент в промышленных масштабах - дорого и нецелесообразно.

С учётом того, что объёмы применения неоникотиноидов в сельском хозяйстве продолжают расти, а нормативы по их содержанию в воде ужесточаются во многих странах, подобные разработки перестают быть академическим упражнением. Это уже прикладная история.