Микропластик превратили в углекислый газ и воду
Канадские химики разработали новый метод очистки воды от микрочастиц полистирола. При пропускании тока через раствор на аноде образуются гидроксильные радикалы, которые окисляют молекулу полистирола до углекислого газа и воды. Подобрав оптимальные параметры, ученые смогли за шесть часов окислить 89 процентов микрочастиц полистирола. В дальнейшем новый способ можно будет использовать для очистки промышленных сточных вод. Результаты исследования опубликованы в журнале Environmental Pollution.
Загрязнение водоемов микрочастицами пластика распространяется стремительно — в мировом океане плавает более пяти триллионов пластиковых фрагментов, в прошлом году микропластик был обнаружен в донных отложениях вблизи Антарктиды и в воздухе над Северной Атлантикой и в водопроводной воде. Микропластик опасен для рыб и других морских животных, кроме того он может подниматься по пищевой цепи выше и проникать в организм человека. Микрочастицы пластика могут образовываться непосредственно в водоемах из более крупного пластикового мусора, но все же их главным источником остаются сточные воды. Существующие методы фильтрации не позволяют полностью очистить сточные воды от частиц микропластика, более того, в 2019 году австралийские и британские ученые продемонстрировали, что некоторые пористые фильтры дробят микрочастицы пластика до еще более мелких частиц, которые затем проходят через системы фильтрации и попадают в водоемы.
Канадские химики под руководством Патрика Дроги (Patrick Drogui) из Национального Научно-Исследовательского института в Квебеке предложили очищать воду с помощью принципиально иной процедуры — окисления под действием электрического тока. Авторы работы исследовали возможности электроокисления на примере микрочастиц полистирола. Это один из самых распространенных типов пластика (ежегодно производится более 25 миллионов тонн) который используется для изготовления упаковки, контейнеров, а также в строительстве.
Ученые готовили суспензию микрочастиц полистирола со средним размером 25 микрометров с концентрацией 100 миллиграммов в литре, добавляли к ней растворимый электролит и пропускали ток. При этом на аноде образовывались активные гидроксильные радикалы, которые реагировали с частицами полистирола, окисляя их до углекислого газа и воды, поэтому концентрация полистирола постепенно уменьшалась. Чтобы убедиться, что микрочастицы полистирола не распались на частицы еще меньшего размера, а превратились в углекислый газ и воду, Дроги и его коллеги использовали комбинацию различных методов: сканирующую электронную микроскопию, динамическое светорассеяние и инфракрасную спектроскопию с Фурье-преобразованием. Кроме того, в течение реакции ученые отбирали пробы суспензии полистирола, фильтровали их, чтобы избавиться от оставшихся частиц полистирола и измеряли общее количество органического углерода в фильтрате методом каталитического сжигания. Этот эксперимент не выявил накопления наночастиц полистирола или других органических молекул в процессе реакции, то есть подтвердил, что весь распадающийся полистирол превращается в углекислый газ и воду.
В поисках оптимальных условий процесса авторы работы меняли разные параметры: величину пропускаемого тока, площадь электродов, состав и концентрацию электролита и время реакции. Интенсивность расщепления полистирола ожидаемо увеличивалась с ростом силы тока и концентрации электролита — лучшие результаты авторы получили при величине тока девять ампер и концентрации электролита 0,03 моль на литр. Среди анодных материалов чемпионом был признан допированный бором алмаз (borous doped diamond, BDD) — его эффективность была в полтора раза выше, чем у оксида иридия и смешанного оксида разных металлов, испытанных в тех же условиях. Причина, по всей видимости, в более легком образовании гидроксил-ионов на поверхности BDD. Лучшим электролитом оказался сульфат натрия Na2SO4, поскольку сульфат-ионы в условиях реакции могут превращаться в активные персульфатные ионы, которые также реагируют с полистиролом и окисляют его. Используя BDD, cульфат натрия за шесть часов электролиза ученым удалось окислить 89 процентов суспендированных частиц полистирола. В то же время оказалось, что площадь рабочего электрода влияет на выход реакции совсем незначительно. Это значит, что новый метод в дальнейшем можно будет масштабировать для использования в промышленности.
Проверить свои знания о происхождении микропластика и его влиянии на окружающую среду можно, пройдя наш тест.
Наталия Самойлова
Жара не только нарушает условия труда, но и наносит ущерб здоровью работников
Одна жаркая неделя может затруднить доступ к пище для 1,88 процента домохозяйств в стране, причем наибольшему риску подвергаются жители бедных стран, в которых и без того слаба защита прав работников. В Индии, например, по причине вынужденных недельных простоев в работе могут столкнуться с дефицитом еды восемь миллионов человек. Такие выводы содержит исследование, опубликованное в журнале Nature Human Behaviour. Влияние глобального потепления на продовольственную безопасность обычно рассматривают в контексте изменений окружающей среды: рост температуры приводит к снижению урожайности, деградации почв, засухам и следующим за ними голоду. В том или ином виде с этим сталкивается около двух миллиардов человек на планете. Однако угрозу продовольственной безопасности может нести и прямое влияние на здоровье и благополучие людей. В жаркие дни снижается производительность труда, а иногда работать становится и вовсе невозможно из-за опасности. Это влияет на способность семей получать доход и обеспечивать себя пищей, но количественные оценки такого воздействия практически отсутствуют. Кэролайн Крюгер (Carolin Kroeger) из Оксфордского университета исследовала, как жара влияет на краткосрочные угрозы продовольственной безопасности на уровне домохозяйств. Она использовала данные о доходе, возрасте, поле людей в домохозяйствах 150 стран и их беспокойстве по поводу пищи. Они были получены с помощью телефонных интервью с 2014 по 2017 годы. Данные о погодных условиях были взяты из базы ERA5-HEAT. Регрессионный анализ показал, что чем больше жарких дней выпадает на неделю, тем уязвимее становится домохозяйство в плане обеспеченности пищей. Например, три жарких дня в неделю приводят к снижению продовольственной безопасности на 0,78 процента (p = 0,004), а полностью жаркая неделя — уже на 1,88 процента (p < 0,001). На уровне страны жаркая неделя снижает безопасность на 0,54 процента (p < 0,001). В стране с населением как в Индии жаркая неделя может затруднить доступ к еде для восьми миллионов человек. Вклад различных факторов в снижение продовольственной безопасности автор исследования ранжировала с помощью анализа медиации. Она пришла к выводу, что главную роль играет сложность в получении дохода (63,35 процента), затем следуют рейтинг местного рынка труда (16,26 процента) и индивидуальные проблемы со здоровьем (12,14 процента). Наиболее опасной жара оказалась для продовольственной безопасности населения стран с низким уровнем ВНП на душу населения, где у людей слабая социальная и страховая защита, а также низкий контроль за соблюдением трудовых и строительных норм. Ранее в шестом докладе МГЭИК было спрогнозировано усиление угрозы продовольственной безопасности во всем мире из-за засух и уменьшения площади пастбищ. Причем с голодом на фоне глобального потепления сталкиваются не только люди — по этой же причине сократилась численность трубкозубов в Африке, а широконосые лемуры на острове Мадагаскар уже оказались на грани вымирания.