Нанокомпозит на основе кристаллитов сульфида железа (Fe₃S₄) и наночастиц ферригидрита, обладающий улучшенными магнитными характеристиками, которые позволяют использовать его для очистки промышленных вод от тяжелых металлов при добыче и переработке руд, синтезировали российские ученые, 18 августа сообщает пресс-служба ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН».

Для этих целей исследователи использовали способность бактерий к биоминерализации — некоторые бактерии способны поглощать и концентрировать металлы из окружающей среды, образуя из них кристаллиты и суперпарамагнитные наночастицы, в том числе железосодержащие.

Такая способность позволяет использовать бактерии при создании новых материалов для промышленности и техники, а также биосовместимых функциональных материалов для медицины.

Сотрудники Томского государственного университета выделили из отстойников Челябинского электролизного цинкового завода штамм бактерий рода Desulfovibrio, которые образуют биоминерализованные сульфиды металлов в процессе собственного метаболизма.

Далее коллектив ученых, в состав которого вошли сотрудники КНЦ СО РАН, синтезировали композит из стержнеобразных кристаллитов минерала грейгита, покрытого ферригидритом.

Оценив свойства полученного материала, исследователи установили, что кристаллит сульфида железа в форме наностержней обладает сильной магнитной связью с адсорбированным на нем ферригидритом, на порядок превышающей такую связь в свободном ферригидрите.

Ученые объясняют такое свойство композита эффектом дополнительного намагничивания наночастиц ферригидрита сульфидом железа.

Кроме того, осаждение наночастиц ферригидрита на поверхности кристаллитов сульфида железа изменила магнитные свойства наночастиц. Так, устойчивость к размагничиванию (коэрцитивная сила) и остаточная намагниченность наночастиц значительно усилились.

Такое поведение, считают исследователи, обусловлено суперпарамагнитным поведением наночастиц ферригидрита, которые могут равномерно намагничиваться по всему объему и обладают большей магнитной восприимчивостью.

Научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского КНЦ СО РАН кандидат физико-математических наук Юрий Князев рассказал: «Наше исследование было основано на сложном химическом и биофизическом процессе биоминерализации — превращения органических веществ в неорганические. Для создания композитных материалов мы использовали сульфатредуцирующие бактерии».

Эти бактерии способны осаждать сульфиды металлов, что позволяет использовать их в технологии очистки окружающей среды. Бактерии Desulfovibrio помогли исследователям синтезировать ультрадисперсные наночастицы ферригидрита, покрывшие кристаллиты наностержней сульфида железа.

«Важной характеристикой данного штамма бактерий, — пояснил ученый, — является его устойчивость к меди, что делает его перспективным агентом для очистки металлических отходов. Примечательно, что наночастицы ферригидрита могут „притягивать“ к себе широкий спектр загрязняющих веществ, включая металлы и металлоиды, такие как свинец, никель, мышьяк».

Исследование команды ученых может быть использовано для разработки промышленных технологий очистки выбросов при добыче и переработке металлов.

Результаты исследования были опубликованы в статье Journal of Alloys and Compounds.