Деякий час тому дослідники ETH розробили фільтруючу мембрану, виготовлену з білків сироватки та активованого вугілля. У новому дослідженні вони демонструють, наскільки ця мембрана ефективно фільтрує радіоактивні елементи у забрудненій воді.

Ядерна аварія у Фукусімі залишається в пам’яті людей. Це була катастрофа, яка спричинила викид величезної кількості радіоактивно забрудненої води, яку операторам атомної електростанції згодом довелося очищати. Одним із методів, який вони використовували, був зворотний осмос, але він не був особливо ефективним.

Хоча таким чином можна очистити до 70 відсотків забрудненої води, радіоактивні елементи накопичуються в решті 30 відсотків. Деякі з цих елементів є високорадіоактивними і залишаються такими протягом тисяч років. В даний час уряд Японії планує скинути цю воду — загалом понад мільйон літрів — у Тихий океан у 2022 році.

«Якби вони використовували наш фільтр, їм не потрібно було б», — говорить Раффаеле Меценга, професор кафедри харчових та м’яких матеріалів з ETH в Цюріху. Чотири роки тому, коли він та його старший науковий співробітник Срінат Болісетті представили винахід фільтруючої мембрани, виготовленої переважно з денатурованого білка сироватки та активованого вугілля.

У публікації в той час, дослідники продемонстрували , наскільки ефективно їх продукт видаляє важкі метали, деякі радіоактивні елементи, такі як уран і дорогоцінні метали, такі як золото чи платину, з води (ETH News 09.06.2017).

Фільтр також підходить для радіоактивних ізотопів

Зараз Мезенга та Болісетті використали свою мембрану для очищення стічних вод лікарні, забруднених радіоактивними елементами. В ході розслідування двоє дослідників виявили, що їх фільтр також ефективно видаляє ці речовини. Їх дослідження нещодавно були опубліковані в журналі Environmental Science: Water Research & Technology.

Лабораторні випробування показують, що мембрана здатна видаляти радіонукліди, що використовуються в медичній галузі — технецій-99 м, йод-123 та галій-68 — з води з ефективністю понад 99,8% лише за один етап фільтрації.

Дослідники також протестували свою фільтруючу мембрану на зразки реальних стоків швейцарської лікарні, що містив радіоактивний йод-131 та лютецій-177. Він майже повністю видалив обидва елементи з води.

Зберігання радіоактивних матеріалів вимагає місця

Медичні працівники використовують радіонукліди для лікування раку, наприклад, або як контрастну речовину в процедурах візуалізації. У більшості випадків ці матеріали лише злегка радіоактивні та мають короткий період напіврозпаду всього кілька годин або днів.

Тим не менше, утилізація в каналізаційній системі не дозволяється ні для стічних вод, що містять ці речовини, ні для людських відходів від пацієнтів, які ними обробляються. Тому лікарні повинні безпечно та надійно зберігати стоки у спеціальних контейнерах, поки радіоактивність не впаде до нешкідливого рівня. Це створює проблеми з простором. Але це не єдине питання. Також необхідно забезпечити захист персоналу та довкілля від радіації.

Мембрана значно зменшує обсяги відходів

«Завдяки нашій мембрані можна значно зменшити кількість відходів і зберігати випромінюючі елементи як компактні, сухі тверді речовини», — говорить Меценга. Як тільки мембрана досягне повної поглинальної здатності, її можна буде замінити та зберігати таким чином, що не займе багато місця, пояснює він. Потім відфільтровані рідини можна безпечно скидати в каналізаційну систему.

Співавтор дослідження Болісетті був співзасновником BluAct Technologies GmbH чотири роки тому. Зараз його компанія готує пілотний проект із великою швейцарською лікарнею, яка прагне перевірити фільтрацію радіоактивних стоків. Він впевнений, що проект незабаром запрацює. В даний час ведуться переговори щодо встановлення безпечного способу впровадження фільтрів.

Болісетті також веде переговори з японською компанією, яка бере участь в операції з очищення Фукусіми, щодо використання фільтруючої мембрани для обробки зразка забрудненої води. Його мета — з’ясувати, чи надійно вона видаляє більшість радіоактивних елементів і чи придатна для обробки великих обсягів.

Фільтруюча мембрана ефективна в широких масштабах

На підставі результатів їх поточного дослідження, професор ETH Меценга вважає, що продукт має те, що потрібно. «Фільтруюча мембрана широко усуває радіоактивні ізотопи», — говорить він. В принципі, всі радіоактивні ізотопи в періодичній системі, що лежать між досліджуваними, тобто технецій та уран, зв’язуються з мембраною. Сюди входять радіоактивний цезій, йод, срібло та кобальт, які всі присутні у воді, що витікає з Фукусіми. Також присутня велика кількість тритію; це єдиний елемент, який, швидше за все, не буде зв’язуватися з мембраною, оскільки він занадто малий.

«Якщо наше припущення вірне, фільтруюча мембрана може значно зменшити обсяг стічних вод у Фукусімі, що означає, що жодна радіоактивна вода не повинна скидатися в Тихий океан», — говорить Болісетті. Він пояснює, що фільтри, насичені надзвичайно радіоактивними елементами, можуть зберігатися у вигляді твердих речовин, наприклад, там же, де використовуються паливні стрижні атомних електростанцій.

Виготовити фільтруючу мембрану не представляє особливих труднощів. Використовуваний сироватковий білок є відходом молочної промисловості, дешевим і доступним всюди. Компонент з активованим вугіллям також легко доступний. «Я впевнений, що Японія може почати використовувати фільтруючу мембрану прямо зараз і тим самим вирішити серйозну екологічну проблему», — говорить Болісетті.

Джерело: ETH Цюріх

Коли ми думаємо про губки, ми схильні думати про щось м’яке. Але дослідники Гарвардського університету використовують скелети морських губок як натхнення для наступного покоління міцніших і вищих будівель, довших мостів і легших космічних кораблів.

У дослідженні, що фінансується Національним науковим фондом США, опублікованому в Nature Materials , вчені показали, що решітчаста скелетна структура Euplectella aspergillum, глибоководної морської губки, має більш високе відношення міцності до ваги, ніж традиційні конструкції решітки, які використовувались століттями у будівництві будівель та мостів.

«Ми виявили, що стратегія діагонального зміцнення губки досягає найвищої стійкості до вигинання для певної кількості матеріалу, а це означає, що ми можемо будувати більш міцні та стійкі конструкції, переставляючи існуючий матеріал у структурі», — сказав Матеус Фернандес, перший автор статті.

Якщо ви коли-небудь проходили критим мостом або складали металеву полицю для зберігання, ви бачили діагональні архітектурні решітки. Цей тип конструкції використовує безліч маленьких, близько розташованих діагональних балок для рівномірного розподілу прикладеного навантаження. Геометрія була запатентована на початку 1800-х років архітектором та інженером-будівельником Ітіелом Тауном, який хотів, щоб метод робив міцні мости з легких та дешевих матеріалів.

«Місто розробило простий, економічно вигідний спосіб стабілізації квадратних гратчастих конструкцій, який використовується донині», — сказав Фернандес. “Це робить роботу, але це не оптимально, що призводить до втрати або зайвого матеріалу та обмеження того, наскільки високо ми можемо побудувати. Одним з основних питань, що рухали це дослідження, було: чи можемо ми зробити ці конструкції більш ефективними, зрештою, використовуючи менше матеріалу для досягнення тієї ж міцності?»

На щастя, скляні губки, до якої належить E.aspergillum — інакше відома як Квітковий кошик Венери — мали майже півмільярда років досліджень та розробок. Для підтримки свого трубчастого тіла E.aspergillum використовує два набори паралельних діагональних скелетних стійок, які перетинаються і злиті з підкладеною квадратною сіткою, створюючи міцний шаховий малюнок.

«Структури морських губок надихають не тільки на хмарочоси та мости, але мають потенціал прискорити відкриття та розробку легких, пористих матеріалів з чудовими механічними властивостями», — сказав Пітер Андерсон, директор програми підрозділу досліджень матеріалів NSF.

У новому дослідженні вчених Університету Йорка і Університету Лінкольна була підтверджена здатність домашніх тварин підтримувати психічне здоров’я людей.

Згідно з висновками дослідників, наявність домашньої тварини покращує психічне здоров’я власника, а також зменшує відчуття самотності. Так, близько 90% опитаних людей визнали, що їхні вихованці допомогли їм психологічно пережити період ізоляції через коронавірус. У той же час, 96% опитаних відзначили, що тварини допомогли їм бути більш активними.

При цьому 66% респондентів поділилися, що в період ізоляції переживали за вихованців через складнощі з отриманням ветеринарної допомоги. За словами провідного автора дослідження, доктора Єлени Ратша, дана робота допомогла з’ясувати, що між психічним здоров’ям людей і емоційною прихильністю з тваринами може бути зв’язок.