Учёные РХТУ им. Д.И. Менделеева совместно с коллегами из Индии и других стран создали абсорбент на основе глинистого минерала монтмориллонита для очистки сточных вод от антибиотиков. Он позволяет не просто извлечь лекарства из воды, но и полностью расщепить их до углекислого газа и воды, благодаря чему абсорбент можно использовать повторно. Результаты работы опубликованы в Journal of Molecular Liquids. В сточных водах содержится достаточно много антибиотиков, попадающих туда вместе с выделениями людей, принимавших лекарства, или отходами разных производств. Канализационные очистные сооружения не удаляют антибиотики полностью из стоков, и в результате эти соединения попадают в природные водоёмы, создавая угрозу для флоры и фауны. Кроме того, это способствует развитию резистентности к антибиотикам у живущих в водоёмах бактерий, что уже чрезвычайно опасно для человека: если такие микроорганизмы патогенны, то вызываемые ими болезни может быть очень сложно лечить с помощью антибиотиков. Поэтому природоохранные ведомства всех стран, как правило, предписывают очищать сбросы воды от таких лекарств, а учёные ищут лучшие способы решения этой задачи. Исследователи из РХТУ совместно с коллегами из Джамия Миллия Исламия (Центральный университет Нью-Дели, Индия), а также учёными Германии, ЮАР и Саудовской Аравии предложили новый вариант в своей недавней работе. Они сосредоточились на поиске недорого и эффективного абсорбента для извлечения антибиотиков из сточных вод, который был бы дешевле и экологичнее синтетических аналогов, а с другой стороны, удобнее в использовании самого распространённого на сегодня натурального абсорбента – активированного угля. Последний, конечно, дешёв, но имеет существенный недостаток: из него слишком сложно извлекать сорбированные антибиотики, так что его можно использовать только однократно. При этом после отработки уголь обычно сжигают, из-за чего в атмосферу попадают токсичные вещества, абсорбированные на его поверхности. В качестве основы для нового абсорбента учёные взяли распространённый в природе минерал – монтмориллонитовую глину. Её молекулярная структура такова, что она расслаивается в присутствии жидкости, в частности воды, и в зазоры между слоями очень удобно заходить различным молекулам. Это, с одной стороны, объясняет высокую абсорбирующую способность глины, а с другой — даёт большие возможности для её модификации с помощью разных реагентов. Для создания абсорбента учёные смешали порошок глины с модифицирующим раствором, содержащим соединения алюминия и кобальта. Полученную смесь нагрели до температуры 450°С, в результате чего в пространстве между слоями монтмориллонита образовались и закрепились нанокластеры оксидов алюминия и кобальта. Алюминий способствовал улучшению пористой структуры материала, а кобальт придавал материалу каталитические свойства. В результате получился абсорбент, не только впитывающий антибиотики (в работе использовался модельный токсикант — широко распространенный антибиотик диоксидин), но и способный в присутствии пероксида водорода окислять их до углекислого газа и воды и таким образом очищаться. «Главное преимущество нашего материала в том, что он обладает не только абсорбционными, но и каталитическими свойствами, — поясняет один из российских авторов работы, профессор РХТУ Татьяна Конькова. — В экспериментах мы очищали модельный водный раствор, содержащий антибиотик диоксидин в концентрации 30 мг на 1 л. Степень очистки составила свыше 95 %. Антибиотик остался на поверхности абсорбента, а после удаления основной части очищенной воды и добавления к абсорбенту раствора пероксида водорода диоксидин окислялся до углекислого газа и воды. Это позволило повторно использовать абсорбент — в лаборатории мы один и тот же образец использовали 5 раз без потери его эффективности. С активированным углём это было бы невозможно». Сейчас авторы исследования считают, что их разработка имеет в большей степени фундаментальное значение, поскольку промышленность пока ещё не проявляет большой заинтересованности в максимально полном соблюдении экологических стандартов. В отдельных случаях фармпредприятия и больницы – основные источники загрязнения сточных вод антибиотиками — даже предпочитают платить штрафы за грязные сбросы, чем внедрять системы их очистки. Тем не менее скоро — в том числе под действием общей ухудшающейся ситуации с антибиотикорезистентностью, многоразовый абсорбент из монтмориллонита ещё сможет найти своё применение, а пока его разработка продолжается в российской и индийских лабораториях.
