Ученые создали синтетические губки, впитывающие микропластик


Фото из открытых источников
На протяжении тысячелетий люди использовали высушенные натуральные губки для уборки, рисования и в качестве сосудов для употребления жидкостей, таких как вода или мед. Их даже использовали в качестве противозачаточных средств. Синтетические или натуральные губки отлично улавливают мельчайшие частицы в своих многочисленных порах. И, как начинают доказывать ученые всего мира, заполненные полостью формы губок означают, что они могут стать решением одной из самых больших проблем нашей эпохи: загрязнения микропластиком.
 
Ученые из Китая недавно опубликовали исследование, описывающее разработку синтетической губки, которая быстро справляется с микроскопическим пластиковым мусором. В ходе испытаний исследователи показали, что, когда через одну из губок проталкивается специально приготовленный раствор, наполненный пластиком, губка может удалять из жидкости как микропластик, так и даже более мелкие нанопластики. Эти частицы обычно задерживаются во многих порах губки. Хотя эффективность губок в экспериментах варьировалась, отчасти в зависимости от концентрации пластика, а также кислотности и солености жидкости, оптимальные условия позволили исследователям удалить до 90 процентов микропластика. Они пробовали его во всем: от водопроводной и морской воды до супа из местного кафе на вынос.
 
Губки, поглощающие пластик, сделаны в основном из крахмала и желатина. Биоразлагаемые губки, немного похожие на большой белый зефир, настолько легкие, что если поставить одну на цветок, лепестки растения останутся вертикальными и неподатливыми, что, по мнению исследователей, должно сделать их дешевыми и простыми в транспортировке. Внутри структура губок выглядит не как множество крошечных пузырьковых полостей, а скорее как зубчатая поверхность.
 
По словам Гоцина Вана, химика по материалам из Китайского океанического университета и соавтора статьи, формулу губки можно регулировать. По его словам, регулируя температуру при смешивании двух соединений, губки можно сделать более или менее пористыми. Это влияет на размер собираемых частиц: высокопористые губки имеют множество очень мелких пор, что хорошо подходит для улавливания очень мелких частиц.
 
Губки, если они когда-либо будут производиться в промышленных масштабах, говорит Ван, могут быть использованы на очистных сооружениях для фильтрации микропластика из воды или на предприятиях по производству продуктов питания для обеззараживания воды.
 
Подобные губки для улавливания микропластика можно было бы также использовать в стиральных машинах, предполагает Кристиан Адлхарт, химик из Цюрихского университета прикладных наук в Швейцарии, который также экспериментировал с созданием губчатых фильтров для сбора микропластика. Некоторые микропластики попадают в водные пути после того, как они отделяются от синтетических тканей при стирке. «Такую губку можно было бы поместить внутрь барабана», — говорит Адлхарт. «Я думаю, что он поглотит большую часть волокон».
 
Губки работают подобным образом благодаря дуэту механизмов, добавляет он. Если вода активно проходит через губку, например, когда она сжимается и высвобождается, частицы микропластика попадают в поры губки, как шарики, собираемые в ведра. Но даже когда губка просто плавает в стоячей воде, электростатические взаимодействия означают, что некоторые пластиковые частицы прилипнут к ней.
 
Однако есть и проблемы с потенциальным внедрением губки. Во-первых, говорит Адлхарт, это то, что крахмал и желатин важны для пищевой промышленности, а это означает, что в будущем за ключевые ингредиенты может возникнуть конкуренция. Однако подобные губки могут быть изготовлены из разных материалов. Например, версия, разработанная Адлхартом и его коллегами, использует хитозан — сахар, полученный из панцирей ракообразных, — для создания структуры губки. По словам Адлхарта, хитозан не получил широкого коммерческого применения, поэтому у него не будет такой же конкуренции.
 
Адлхарт говорит, что его конструкция губки, которая включает в себя сплетение матрицы нановолокон хитозана, была вдохновлена фильтрующей деятельностью устриц, которые улавливают частицы в своих жабрах, прокачивая через них морскую воду.
 
Хитозан, крахмал и желатин биоразлагаемы. Однако в процессе изготовления губок, разработанном Ваном и его коллегами, используется формальдегид, высокотоксичное соединение, и следы этого вещества были обнаружены в самих губках. Ван говорит, что они работают над созданием альтернативы, позволяющей производить полностью экологически чистую губку.
 
Анетт Георги, химик из Центра экологических исследований имени Гельмгольца в Германии, не принимавшая участия в исследовании, говорит, что когда дело доходит до очистки океана от загрязнения микропластиком, главное — остановить поток. Нам следует начать, говорит она, с нацеливания на очистные сооружения, которые еще не используют уже существующие технологии (например, фильтры из песка или активированного угля) для удаления пластика.
 
Это то, что можно реализовать быстро, говорит Георгий: «Нам не нужно ждать сумасшедшего материала». Но для более мелких задач, таких как удаление микропластика из бытовой воды, новые губчатые фильтры могут оказаться полезными, предполагает Георгий.
 
Чего все еще не хватает, говорит Элис Хортон из Национального океанографического центра Соединенного Королевства, так это доказательства того, что любая из этих новых технологий на основе губок может быть экономически эффективной и успешной в удалении микропластика из воды в больших масштабах. Но в одном она уверена: усилия по удалению микропластика после того, как он уже достиг океана, вероятно, обречены на провал.
 
«Я не думаю, что мы можем сделать что-то в достаточно большом масштабе, что окажет какое-либо влияние», — говорит она об этом. «В первую очередь мы должны помешать этому попасть туда».