Исследователи из Университета Райса помогают создать быстрый высокотемпературный процесс, который удаляет из почвы загрязняющие вещества из тяжелых металлов и органические загрязнители.

Системы фильтрации предназначены для одновременного улавливания вредных веществ из воды или воздуха. Тем не менее, с загрязнителями в почве можно бороться только по отдельности или с несколькими одновременно, по крайней мере, на данный момент.

Метод, разработанный учеными Университета Райса и сотрудниками Центра инженерных исследований и разработок армии США (ERDC), может помочь перевести удаление загрязняющих веществ и процессы восстановления почвы с поэтапного на оптовый.

Команда ученых из Райс, возглавляемая химиком Джеймсом Туром и исследователями из отдела геотехнических сооружений и экологической инженерии ERDC, показала, что смешивание загрязненной почвы с нетоксичными, богатыми углеродом соединениями, которые приводят в движение электрический ток, такими как биоуголь, затем обработка смеси короткими разрядами электричества вымывает как органические загрязнители, так и тяжелые металлы без использования воды или образования отходов.

Согласно исследованию, опубликованному в Nature Communications, электрические импульсы при необходимости повышают температуру почвы до 1000-3000 градусов Цельсия (1832-5432 по Фаренгейту) за считанные секунды, превращая органические загрязнители в нетоксичные графитовые минералы, а токсичные загрязнители тяжелых металлов — в пары, собираемые по вытяжным трубам.

Более того, этот процесс благоприятно влияет на плодородие почвы, эксперименты показывают, что на восстановленной почве показатели прорастания улучшаются на 20-30%.

«Наш высокотемпературный электротермический процесс может удалять несколько загрязняющих веществ одновременно», — сказал ведущий автор Бинг Дэн, научный сотрудник Tour lab.

«Этот недавно разработанный метод, который мы назвали высокотемпературным электротермическим процессом (HET), основан на технологии мгновенного энергетического нагрева, которую мы разработали несколько лет назад. Впервые для восстановления почвы был использован прямой электрический нагрев».

Тяжелые металлы, такие как свинец, мышьяк, цинк, кобальт, медь, ртуть и никель, а также органические загрязнители, такие как пестициды и микропластики, являются основными загрязнителями почвы. В дополнение к антропогенной деятельности, природные явления, такие как землетрясения и наводнения, также могут способствовать загрязнению почвы: токсичный пепел, выброшенный в результате лесных пожаров, подобных тем, которые опустошили Гавайи в августе, или любые потенциальные промышленные отходы, выброшенные в результате таяния вечной мерзлоты в Арктике, могут загрязнить обширные площади почвы, что требует широкомасштабных протоколов обеззараживания.

Однако современные методы удаления загрязняющих веществ из почвы отнимают много времени, являются дорогостоящими и сложными с точки зрения логистики. Некоторые методы обеззараживания, такие как выщелачивание поверхностно-активных веществ, также приводят к образованию вторичных отходов и расходуют значительное количество воды и/или электроэнергии.

Поиск более эффективных способов обеззараживания почвы имеет решающее значение для повышения готовности к стихийным бедствиям, что делает его приоритетом национальной безопасности, сказал Дэн.

«Этот метод является сверхбыстрым, который может быть действительно полезен при решении чрезвычайных ситуаций», — добавил Дэн.

«Технологии восстановления почвы обычно воздействуют только на один или два тяжелых металла одновременно, и часто они не очень успешны или работают гораздо медленнее, чем электротермический нагрев», — говорит Мине Учак-Астарлиоглу, химик-исследователь ERDC.

«Этот метод очень быстрый, не требует использования воды и устраняет множество загрязняющих веществ в почве. Мгновенный нагрев — невероятно перспективный метод извлечения важных металлов из отходов и удаления тяжелых металлов для восстановления».