Исследователи предложили метод очистки рисовых полей от органических загрязнений с помощью модифицированного биоугля. Согласно результатам исследования, опубликованным в журнале Biochar, графитизированная форма этого материала ускоряет распад токсичных соединений, меняя механизмы передачи электронов в почве. Технология может быть востребована при восстановлении аграрных угодий и обеспечении продовольственной безопасности.
Механизм действия разработки основан на способности графитизированного биоугля выполнять роль геопроводника – электрического моста, соединяющего почвенные микроорганизмы с нерастворимыми минералами железа. Для создания такого материала ученые применили метод импульсного джоулева нагрева, что позволило увеличить его электропроводность более чем в два раза. Подобная модификация перенаправляет потоки электронов и активирует процесс восстановления железа, который стимулирует выработку гидроксильных радикалов – мощных окислителей, разрушающих стойкие органические загрязнители.
Проблема накопления остатков антибиотиков в рисовых чеках становится критической для мирового сельского хозяйства. Токсичные вещества попадают в грунт вместе с удобрениями животного происхождения и сточными водами, используемыми для ирригации. В отличие от стандартного биоугля, работающего как пассивный резервуар для накопления электронов, его графитизированная форма выступает активным проводником. Это позволяет микробиологическим сообществам преодолевать энергетические барьеры, которые ранее замедляли естественные процессы очистки.
Взаимодействие микробного метаболизма и почвенной химии напрямую определяет скорость деградации токсинов. Электроны, высвобождаемые бактериями, должны эффективно перемещаться в почвенной среде для поддержания окислительно-восстановительных реакций. Применение нового материала увеличило производство реактивных форм железа на 19%, а генерацию гидроксильных радикалов – более чем на 50% по сравнению с необработанной почвой. В экспериментальных условиях это обеспечило практически полное разложение сульфаметоксазола.
Исследование также показало изменения в структуре почвенного биома. Использование проводящего биоугля способствует избирательному росту популяций железовосстанавливающих бактерий, что формирует устойчивую систему самоочистки грунта. При этом эффективность метода зависит от биологических и физико-химических характеристик конкретного участка: наиболее активно процессы протекали в почвах с развитыми микробными сообществами.
Синтез графитизированного биоугля методом быстрого термического воздействия обладает потенциалом для масштабирования. Высокая степень графитизации создает протяженные углеродные структуры, облегчающие транспорт электронов на значительные расстояния. Разработка не только упрощает борьбу с загрязнением, но и позволяет пересмотреть роль углеродных материалов в глобальных биогеохимических циклах, включая круговорот питательных веществ и сокращение выбросов парниковых газов.