Mokslininkai nustatė natūraliai susidarantį geležies mineralą, galintį sulaikyti toksišką chromą užterštose dirvose ir kartu kaupti anglį. Tai gali tapti mažai energijos reikalaujančia strategija, skirta pramoninių ir kasybinių teritorijų valymui.
Tyrime daugiausia dėmesio skiriama šešiavalentiam chromui, Cr(VI) – itin toksiškam ir lengvai migruojančiam teršalui, dažnai aptinkamam galvanizavimo įmonėse, odos apdirbimo cechuose ir kasyklų atliekose. Kadangi šis chromo junginys lengvai tirpsta vandenyje, jis gali patekti į gruntinius vandenis ir kelti rimtą grėsmę žmonių sveikatai.
Profesoriaus „Bin Dong“ vadovaujama tyrėjų grupė iš „Tongji“ universiteto nagrinėjo, kaip vandenyje ištirpusi organinė medžiaga sąveikauja su skirtingais geležies (oksi)hidroksidais ir padeda imobilizuoti chromą. Tyrimas parodė, kad skirtingi geležies mineralai veikia nevienodai – jų efektyvumas labai skiriasi.
Mokslininkai nustatė, kad mažo kristališkumo geležies mineralai, ypač ferihidritas, yra gerokai efektyvesni nei labiau kristališki mineralai, tokie kaip getitas ir hematitas, mažinant Cr(VI) judrumą ir jį imobilizuojant.
Ferihidritas lenkia kristalinius „varžovus“
Skirtingai nuo stabilesnių kristalinių mineralų, ferihidritas pasižymi prastai tvarkinga kristaline struktūra ir itin reaktyviu paviršiumi. Dėl šių savybių jis geba veiksmingai prisijungti tiek ištirpusią organinę medžiagą, tiek chromą tiesiogiai ant savo paviršiaus.
Daugelyje valymo sistemų cheminės reakcijos vyksta aplinkiniame vandenyje, o tik vėliau teršalai prisitvirtina prie kietojo paviršiaus. Ferihidritas skatina kitokį, vadinamąjį „pirmiausia paviršiuje“ vykstantį procesą – teršalai ir organinės molekulės aktyviai kaupiami tiesiog ant mineralo paviršiaus, kur vyksta pagrindinės reakcijos.
Tiek organinės molekulės, tiek chromas kaupiasi ferihidrito paviršiuje, o tai paspartina chromo redukciją ir jo stabilizavimą. Mineralas pasitelkia kelis prisijungimo mechanizmus: elektrostatinę adsorbciją, ligando mainus ir įsijungimą į kristalinę gardelę. Tokia sąveikų įvairovė sudaro patikimesnį, ilgalaikį chromo ir anglies imobilizavimo kelią.
Pasak profesoriaus „Bin Dong“, gamta tarsi turi įmontuotą filtravimo sistemą, tačiau ne visi mineralai joje veikia vienodai. Geriau suprasdami molekulinį „paspaudimą ranka“ tarp organinės medžiagos ir geležies mineralų, galime kurti išmanesnes, į gamtą orientuotas technologijas, skirtas stipriai užterštų kasyklų dirvožemiui valyti ir kartu padėti planetai kaupti daugiau anglies.
Anglies kaupimas kartu su užterštų teritorijų valymu
Šis procesas suteikia ir papildomą naudą. Kai organinė medžiaga prisijungia prie ferihidrito, anglis susiejama su mineralo paviršiumi. Tokia sąveika riboja organinės anglies irimą ir sumažina tikimybę, kad ji vėl pateks į atmosferą anglies dioksido pavidalu.
Siekdama patvirtinti laboratorinius rezultatus, tyrėjų komanda atliko išplovimo eksperimentus su realiai užterštais kasyklų dirvožemio mėginiais. Kai organinė medžiaga sąveikavo su natūraliai dirvožemyje esančiais geležies mineralais, chromo judrumas reikšmingai sumažėjo. Tai rodo mažesnę riziką, kad chromas pateks į gruntinius vandenis.
Tyrėjai pasitelkė itin didelės raiškos masių spektrometriją ir pažangią elektroninę mikroskopiją, kad galėtų sekti molekulines sąveikas reakcijų metu. Šie metodai leido stebėti, kaip ištirpusios organinės medžiagos junginiai transformuojasi ir prisijungia vykstant chromo redukcijai.
Gauti rezultatai suteikia pagrindą kurti dirvožemio valymo strategijas, paremtas natūraliai susidarančiomis medžiagomis, o ne energijai ir ištekliams imliomis cheminėmis priemonėmis. Tikslingai pasitelkdami mažo kristališkumo geležies mineralus, aplinkos inžinieriai gali efektyviau gerinti užterštų chromu teritorijų „in situ“ – vietoje, neperkasant ir nepervežant didelių dirvožemio kiekių.
Be praktinio užterštų teritorijų valymo, tyrimo išvados taip pat praplečia supratimą apie tai, kaip dirvožemiuose ir nuosėdose tarpusavyje sąveikauja geležies, anglies ir chromo ciklai. Šios žinios gali turėti įtakos būsimiems taršos kontrolės ir anglies valdymo sprendimams.
