Жиры, которые выделяются в атмосферу во время приготовления еды, потенциально могут оказывать влияние на климат, сообщают химики в Nature Communications. Молекулы жирных кислот, например олеиновой кислоты, способны спонтанно образовывать сложные трехмерные структуры в атмосферных аэрозольных каплях. Это может делать облака более устойчивыми и способствовать охлаждению поверхности планеты.
Аэрозоли считаются одним из ключевых компонентов климатической системы. Почти все атмосферные аэрозоли содержат органические соединения, которые очень часто поверхностно-активны — например, жирные кислоты. В их число входит олеиновая кислота — одна из главных составляющих морских, а также кулинарных аэрозолей. Последние оценки показывают, что испарения, появляющиеся при готовке еды, составляют около 10 процентов от общего числа антропогенных выбросов мелких взвешенных частиц.
Ученые давно изучают вопрос влияния поверхностно-активных веществ (ПАВ) на окружающую среду. Некоторые исследования говорят о том, что эти соединения могут быть причиной серьезного загрязнения водоемов и оказывать токсическое воздействие на живые организмы. Исследования промышленных ПАВ также показывают, что они могут самоорганизовываться в трехмерные агрегатные структуры, лиотропные жидкие кристаллы. Присутствие агрегатов ПАВ, в частности, мицелл, может потенциально влиять на ряд важных аэрозольных свойств, связанных с образованием облаков, способностью рассеивать свет и временем жизни органических компонентов в атмосфере.
Химики провели лабораторный эксперимент с растровом хлорида натрия, в который была добавлена олеиновая кислота (массовая доля 3 процента). Методом акустической левитации ученые взвесили каплю вещества в воздухе, при этом контролируя влажность окружающей среды. Они следили за структурными изменениями с помощью рамановской спектроскопии. Выяснилось, что при таком составе формируется система цилиндрических водных каналов, окруженных изогнутыми поверхностно-активными монослоями — жидкий кристалл. При изменении влажности и температуры среды менялась структура кристалла.
Дальнейшие эксперименты показали, что жирные кислоты более устойчивы к химическому воздействию озона и, следовательно, могут существовать дольше и перемещаться дальше, если они образуют сложные трехмерные структуры. Авторы эксперимента говорят о том, что эти упорядоченные структуры способствуют появлению облаков, так как, вероятно, увеличивают «срок жизни» молекул воды и вязкость капель. Тем не менее, исследование проводилось в лаборатории, и влияние на атмосферу жирных кислот, которые образуются при приготовлении пищи, еще только предстоит детально изучить.
На климат могут оказывать влияние самые неожиданные факторы. Так, помет птиц, гнездящихся в Арктике, вызывает охлаждение региона. Аммиак, испаряющийся из их помета, способствует образованию облаков, которые снижают температуру атмосферы. Обратную связь между глобальным потеплением и выбросами метана вследствие животноводства обнаружили ученые из Великобритании. Повышение температур приводит к снижению качества корма, при его переваривании выделяется больше метана, а он приводит к повышению температуры.
Кристина Уласович
Металл можно регенерировать, а сами губки использовать повторно
Американские материаловеды разработали фильтры для воды на основе целлюлозных губок, декорированных наночастицами оксидов металлов. Сорбированный металл можно регенерировать, а сами губки использовать повторно. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS EST Water. Даже небольшое количество свинца в питьевой воде может вызывать серьезное поражение нервной системы и других органов. Особенно опасен свинец для нервной системы детей и подростков: исследования показывают, что дети, потреблявшие загрязненную свинцом воду не только имеют более низкий IQ и плохие оценки, но и с более высокой вероятностью впоследствии нарушают закон. В Евросоюзе безопасным количеством свинца в питьевой воде считают пять миллиардных долей (не более пяти молекул солей свинца на каждый миллиард молекул воды). Агентство по охране окружающей среды США после массового отравления свинцом в штате Мичиган в 2014 год и вовсе полагает, что нужно стремиться к полному удалению этого металла из воды. Винаяк Дравид (Vinayak P. Dravid) и его коллеги из Северо-западного Университета научились очищать воду от свинца с помощью целлюлозных мембранных фильтров. За основу ученые взяли доступные целлюлозные губки. Благодаря пористости и гидрофильности такие материалы и сами по себе способны очищать воду от тяжелых металлов. А чтобы увеличить сорбирующую способность, внутрь пор губок поместили наночастицы оксидов металлов.Сначала ученые подготовили четыре разных вида наночастиц: оксида алюминия Al2O3, оксида цинка ZnO, оксида железа Fe3O4, а также наночастицы FeOOH, в которых часть атомов железа были заменены на атомы марганца Mn. Губки замачивали в водных растворах наночастиц, а затем высушивали при температуре 60 градусов Цельсия. Чтобы добиться более высокой концентрации наночастиц в финальном материале, процедуру можно повторить несколько раз. Затем полученные материалы испытали на способность сорбировать свинец. Губки погружали в растворы с концентрацией свинца от 1 до 100 миллионных долей. Всего авторы испытали пять материалов: с добавками четырех разных видов наночастиц и без добавок. Количество самих добавок в композите тоже меняли. Такой большой массив данных был нужен авторам для того, чтобы построить изотермы адсорбции — графики зависимость количества адсорбированного вещества от концентрации в растворе при постоянной температуре. Это позволило сравнить разные параметры процессов количественно. Самую высокую емкость показали композиты с наночастицами оксида цинка и и оксида железа, допированного марганцем. Они способны принять в себя больше всего свинца. В то же время по связывающей способности чемпионами оказались губки с наночастицами оксида железа и оксида железа, допированного марганцем. Эти материалы хорошо работали при низких концентрациях свинца, к тому же показывали большую селективность, и связывали преимущественно свинец, даже в присутствии других металлов. В итоге оптимальным сорбентом авторы признали композит с наночастицами оксида железа, допированного марганцем Mn-FeOOH.Одной из причин авторы называют более мелкий размер и более высокую удельную площадь поверхности Mn-FeOOH наночастиц — 217 квадратных метров на грамм против 102 квадратных метров на грамм у приготовленных в таких же условиях частиц оксида железа. К тому же благодаря мелкому размеру наночастицы Mn-FeOOH проникали даже в самые мелкие поры губок. Чтобы проверить новый материал в реальных условиях, авторы изготовили из него фильтровальную мембрану и пропустили через нее воду с начальной концентрацией свинца в одну миллионную долю. После двух циклов фильтрования концентрация свинца снизилась в двести раз — до 5 миллиардных долей, а после третьего цикла — до 0,2 миллиардной доли.Сорбированный на губки свинец можно регенерировать. Для этого достаточно поместить губку в кислый водный раствор. Пока что авторам удалось регенерировать 90 процентов свинца, однако они полагают, что в будущем эту долю можно будет еще повысить, подобрав оптимальные условия реакции. Сами губки в процессе регенерации не повреждаются, их тоже можно использовать повторно. Два года назад американские материаловеды модифицировали мембраны для электродиализа с помощью наночастиц пористых ароматических каркасных структур. В результате им удалось не только очистить воду, но и селективно извлечь более 99 процентов ртути, меди, железа и борной кислоты.