Биоуголь из конопли, обогащенный железом, резко снижает содержание PFAS — «вечных химикатов» в сельскохозяйственных культурах

Новое исследование показало, что обогащенный железом конопляный биоуголь резко снижает количество химических веществ PFAS forever, попадающих в редис из загрязненной почвы, предлагая производителям продуктов питания многообещающий инструмент для смягчения последствий.

Обогащенный железом биоуголь из конопли снижает биоаккумуляцию пер- и полифторалкильных веществ в редисе (Raphanus sativus L.) Автор: Трунг Хуу Буй, Мандип Каур, Нубия Зуверза-Мена, Сара Л. Насон, Кристиан О. Димкпа, Жасмин П. Джонс и Джейсон С. Уайт.

Согласно новому исследованию, обогащенный железом конопляный биоуголь может значительно сократить количество “вечных химикатов” PFAS, попадающих из загрязненных почв в продовольственные культуры, что свидетельствует о заметном снижении загрязнения редиса, выращиваемого в теплицах.

Пер- и полифторалкильные вещества (ПФАС) являются чрезвычайно стойкими промышленными химическими веществами, которые могут проникать в почву, воду и воздух и накапливаться в растениях и людях.

В исследовании, проведенном на загрязненной PFAS супесчаной почве бывшего учебного полигона для пожаротушения в Коннектикуте, изучалось, может ли биоуголь, изготовленный из отходов сельскохозяйственной конопли, удерживать PFAS на месте и ограничивать их попадание в съедобные ткани растений.

Обогащенный биоуголь обеспечивает значительно более низкое усвоение PFAS

Исследователи обнаружили, что обогащенный железом конопляный биоуголь снижает общее содержание PFAS в растениях редиса примерно на 37 процентов по сравнению с необработанной почвой. Обогащенный биоуголь также превосходит необработанный биоуголь, снижая общее усвоение растениями почти на 46 процентов.

Ведущий автор исследования Трунг Хуу Буй (Trung Huu Bui) сказал:

ПФК не исчезают просто так, как только попадают на сельскохозяйственные угодья, и наши результаты показывают, что они могут эффективно проникать из почвы в продукты, которые мы выращиваем. Обогащенный железом биоуголь из конопли предлагает многообещающий способ улавливания этих загрязняющих веществ в почве и уменьшения их попадания в пищевую цепочку без ущерба для роста растений”.

В исследуемой почве содержалось примерно 576 нанограммов общего количества ПФАС на грамм, причем преобладал ПФОС, который составлял около 60 процентов от общего объема загрязнения. Биоуголь был получен из стеблей и листьев конопли при температуре от 500°C до 800°C, при этом некоторые партии перед пиролизом вымачивались в растворе железного купороса, чтобы увеличить сорбционные участки, богатые железом.

Как обогащение железом улучшает удержание PFAS

Лабораторные анализы показали, что биоуголь, изготовленный при температуре 500°C, обладает наибольшей площадью поверхности и наибольшей концентрацией кислородсодержащих функциональных групп, что улучшает удержание PFAS по сравнению с материалом, изготовленным при более высоких температурах. Обогащение железом еще больше увеличило пористость и привело к появлению участков оксида и гидроксида железа, способных притягивать отрицательно заряженные молекулы PFAS.

Для проверки эффективности на сельскохозяйственных культурах исследователи смешали отобранные биоугли с загрязненной почвой в количестве 2 или 5% по весу и выдерживали в почве в течение 90 дней. Затем рассаду редиса выращивали в течение четырех недель, после чего PFAS были измерены в почвенных выделениях, побегах и съедобных луковицах с помощью высокочувствительной жидкостной хромато-масс-спектрометрии.

После всех обработок редис, выращенный в почве без изменений, накапливал высокие уровни короткоцепочечных ПФК с коэффициентом биоаккумуляции выше 1, особенно для короткоцепочечных карбоновых и сульфоновых кислот. При добавлении обогащенного железом конопляного биоугля, полученного при температуре 500°C, содержание PFAS в съедобных луковицах снизилось примерно на 25,7% по сравнению с необработанной почвой, причем особенно сильное снижение наблюдалось в отношении нескольких вызывающих беспокойство короткоцепочечных соединений.

Исследователи пришли к выводу, что обогащенный железом конопляный биоуголь работает за счет сочетания физических и химических механизмов. Улучшенная структура пор повышает способность материала удерживать загрязняющие вещества, в то время как новые положительно заряженные и гидрофильные участки способствуют электростатическому притяжению, обмену лигандами, образованию водородных связей и комплексообразованию с головными группами PFAS. Это ограничивает количество свободно растворяющейся фракции, доступной для усвоения растениями, и замедляет миграцию ПФК через поры почвы.

Последствия для безопасности пищевых продуктов и дальнейшие шаги

Полученные данные подчеркивают риски для безопасности пищевых продуктов, с которыми сталкиваются производители, работающие на землях, загрязненных ПФАС, поскольку даже корнеплоды, выращиваемые под поверхностью почвы, могут накапливать значительные количества короткоцепочечных ПФАС. Для производителей, ищущих практические меры по смягчению последствий, исследование указывает на биоуголь, обогащенный железом в низких дозах, как на эффективный инструмент снижения воздействия на организм при одновременном улучшении свойств почвы.

Теперь исследователи рекомендуют провести полевые испытания, чтобы изучить долгосрочную эффективность, взаимодействие с почвенными микробами и возможность достижения аналогичных смягчающих эффектов для более широкого спектра культур и смесей PFAS.

Специалисты по продуктам питания и напиткам, желающие глубже понять риски, связанные с PFAS, и изменения в законодательстве, могут узнать больше на предстоящем вебинаре New Food «PFAS в пищевой промышленности: нормативные акты, аналитические задачи и тематические исследования», который состоится 10 декабря.