Da sich schädliche Algenblüten (HABs) weiterhin weltweit ausbreiten, sind dringende Forschungen erforderlich, um diese wachsende Bedrohung anzugehen. Studien in Italien, China und dem Atlantikbecken haben gezeigt, dass viele Gewässer hohe Stickstoff-zu-Phosphor-Verhältnisse aufweisen, was Phosphor zu einem Schlüsselfaktor macht, der diese Blüten antreibt. Dies unterstreicht den kritischen Bedarf an effektiveren Strategien für das Phosphormanagement, um den Aufstieg von HABs einzudämmen und unsere Ökosysteme zu schützen.
In jüngster Zeit hat es ein wachsendes Interesse daran, nützliche Wege zu finden, um problematische Algenbiomasse wiederzuverwenden, was zu wertvollen Produkten wie Bioplastik, Biofertilisierern und Biokraftstoffen umgewandelt werden könnte. Forscher haben bereits mit Algenbiomasse untersucht, um Materialien zu erstellen, die dazu beitragen können, Dinge wie Schwermetalle, seltene Erdmetalle, Farbstoffe und sogar CO zu fangen2 und schädliche flüchtige organische Verbindungen aus der Luft.
Es haben jedoch nur wenige Studien untersucht, wie Algenbiomasse, insbesondere Cyanobakterien, auch als blaugrüne Algen bezeichnet, verwendet werden kann, um Materialien zu erzeugen, die Phosphat aus Wasser entfernen.
Jetzt haben Forscher des College of Engineering und Informatik an der Florida Atlantic University diese Lücke gefüllt, indem sie die Cyanobakterienbiomasse, die typischerweise ein gefährlicher Abfall ist, in maßgeschneiderte adsorbensförmige Materialien verwandelt haben, die schädliche Phosphor aus Wasser ziehen können. ADSorbenmaterialien sind Substanzen, die Moleküle oder Partikel wie Gase, Flüssigkeiten oder gelöste Feststoffe an ihrer Oberfläche anziehen und halten können. Im Gegensatz zu aBSorbentmaterialien, die Substanzen in ihre Struktur aufwecken, aDSorbentien fangen Moleküle auf der Außenfläche ein und bilden eine dünne Schicht.
Um die Algenbiomasse in chemisch modifizierte Aktivmaterialien für Aktivkohlenstoff-Adsorben für die Entfernung von Phosphat umzuwandeln, sammelten Forscher Cyanobakterienbiomasse aus Floridas Lake Okeechobee und verarbeitet vor der Aktivierung mit schnellem und energieeffizientem Mikrowellenerwärmung. Um die Phosphatentfernung aus Wasser zu verbessern, testeten die Forscher Adsorbensmaterialien, die mit Lanthan -Chlorid oder Zinkchlorid modifiziert wurden. Relativ reichlich vorhanden, Lanthan ist ein Metall, das Teil der Gruppe für die Seltenerde-Elemente ist. Beide Verbindungen sind in einer Vielzahl von Bereichen nützlich, einschließlich Umweltsäuberung, industrieller Verarbeitung und chemischer Herstellung. Frühere Forschungen identifizierten keine Risiken für die menschliche Gesundheit, die mit der Verwendung von Lanthan für die Entfernung von Phosphor verbunden sind.
Ergebnisse der Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift AlgenforschungZeigen Sie, dass Materialien, die mit Lanthan -Chlorid behandelt wurden, mehr als 99% des Phosphors entfernten, selbst bei Startphosphorkonzentrationen bis zu 20 Milligramm pro Liter Wasser. Das beste Material konnte in drei Minuten synthetisiert und erfolgreich 90% Phosphorentfernungseffizienz mit einer geringen Menge an Material (0,2 Gramm pro Liter kontaminiertem Wasser) und nur 30 Minuten Kontaktzeit erreicht. Dieses Material war auch in Gegenwart natürlicher organischer Substanz gut abschneidet, indem Phosphor selektiv entfernt wurde.
Die Studie legt nahe, dass Adsorbentien auf Lanthan-modifiziertem Algenbasis dazu beitragen könnten, HABs durch Entfernen von Phosphor aus Wasser zu reduzieren. Die Wirksamkeit ergibt sich aus der Bildung einer Verbindung, Lapo4.H2O (auch als Rhabdophan bekannt), das Phosphor dauerhaft fängt.
„Unsere Ergebnisse legen nahe, dass Materialien auf Lanthan-modifiziertem Algenbasis eine wirksame Lösung für die Entfernung von Phosphor und die Verhinderung von schädlichen Algenblüten sein könnten, wenn sie in größerem Maßstab verwendet werden“ Programmdirektor/Koordinator in der FAU -Abteilung für Zivil-, Umwelt- und Geomatiktechnik. „Durch die Verwendung leicht verfügbarer Abfallmaterialien wie Algenbiomasse in Kombination mit Lanthanum, einem Element, das für seine starken Phosphorbindungsfähigkeiten bekannt ist, haben wir einen Adsorbens entwickelt, der überschüssiges Phosphor effektiv abzielen und entfernen kann von schädlichen Algenblüten, die zu giftigen Wasserbedingungen, Verlust des Wasserlebens und erheblichen wirtschaftlichen Auswirkungen auf Branchen wie Fischerei und Tourismus führen können. „
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen das Versprechen dieses innovativen Ansatzes bei der Bewältigung einer der dringendsten Herausforderungen im Wasserqualitätsmanagement. Mit weiterer Verfeinerung und Skalierbarkeit könnte diese Technik zu einem wesentlichen Instrument zur Behandlung von Nährstoffverschmutzung und zur weltweiten Erhaltung von aquatischen Ökosystemen werden.
„Die Forschungsergebnisse unseres Teams unterstreichen die hohe Effizienz dieser Materialien bei der Entfernung von Phosphor über einen weiten Bereich von Konzentrationen. Dieser Ansatz könnte eine umweltfreundliche und kostengünstige Lösung zur Minderung der Auswirkungen der Eutrophierung liefern-den Prozess, bei dem übermäßige Nährstoffe, insbesondere Phosphor, übermäßiges Nährstoffe, insbesondere Phosphor, mildern, zu mildern. Fußen Sie das Wachstum schädlicher Algen in Seen, Flüssen und Küstengebieten „, sagte Stella Batalama, Ph.D., Dean, FAU College of Engineering und Informatik. „Durch die Anwendung von Lanthan-modifizierten Algenbasismaterialien in Regionen, die für schädliche Algenblüten neigen, könnten die Gemeinschaften das Auftreten dieser Blüten erheblich verringern, die Wasserqualität verbessern, Ökosysteme schützen und sicheres Wasser sowohl für die Nutzung des Menschen als auch für die Tierwelt sicherstellen.“
Co-Autoren von Studien sind Vithulan Suthakaran, ein Bauingenieur und Doktorand am FAU College of Engineering und Informatik. Ryan Thomas, Umweltingenieur und FAU -Absolvent; Mitchell Guirard, Umweltingenieur und FAU -Absolvent; und Daniel Meeroff, Ph.D., Professor und Dekan für Studentenstudien, FAU Department of Civil, Environmental and Geomatics Engineering.
Diese Forschung und Veröffentlichung wurden im Rahmen von Project Inv12 entwickelt und vom Florida Department of Environmental Protection (FDEP) unter der Leitung der Blue-Green-Algen-Task Force finanziert. Das Forschungsteam erhielt kürzlich einen Phase-II-Stipendium (590.527 USD; inv45) vom FDEP, um die Skalierbarkeit der vorgeschlagenen Lösung zu untersuchen.
