Исследователи Инженерной школы природных ресурсов разработали нанокомпозит на основе глинистого минерала галлуазита. Уникальные свойства материала обеспечивает особая морфология минерала — нанотрубки, которые могут выступать эффективными «контейнерами» для заполнения их различными химическими веществами с возможностью дальнейшего контролируемого высвобождения. Это делает композит перспективным для создания экологичных наноудобрений нового поколения с функцией адресной доставки растениям питательных микроэлементов.
Разработка реализуется при поддержке программы Минобрнауки «Приоритет 2030». Результаты работы ученых опубликованы в журнале Materials (Q2, IF:3,4).
Галлуазит — уникальный слоистый материал, который представляет собой свернутые в нанотрубки слои алюмосиликатной глины. Они являются природными аналогами углеродных нанотрубок — полых цилиндрических структур из свернутых в рулон листов графена, обладающих электрическими и тепловыми свойствами, что позволяет применять их в электронике и материаловедении. При этом природные минеральные нанотрубки имеют ряд преимуществ по сравнению с синтезированными углеродными. Они нетоксичные, у них более высокий удельный вес и свободные полости внутри. Кроме того, они являются легкодоступным и экономически выгодным сырьем.
В рамках исследования ученые Томского политеха изучили возможность химической активации композита на основе галлуазита. В качестве минерального сырья они использовали концентрат галлуазитовых нанотрубок из месторождения РФ, а в качестве активного компонента для получения нанокомпозитов — сульфат цинка, который является распространенным микронутриентом. Ученые пропитали нанотрубчатые частицы галлуазита в растворе сульфата цинка, после чего распылили их на поверхность растений. Затем они исследовали листья обработанных растений различными методами.
«Особенность данного метода химической активации — использование сульфата цинка в виде раствора. Это позволяет эффективно заполнять поровое пространство галлуазита и способствует проникновению вещества в межслоевое пространство микропор. Кроме того, нанотрубки галлуазита обладают отличительной морфологией — они имеют острые края и достаточно высокий удельный вес, если сравнивать их с морфологическими аналогами –— углеродными нанотрубками. Это дает эффект инъекции растений: игольчатые трубочки прочно прикрепляются к тканям растений, проникают в них и остаются на поверхности листьев, обеспечивая постепенно высвобождение цинка и питательных веществ», — отмечает руководитель проекта, доцент отделения геологии ТПУ Максим Рудмин.
Поверхностное распыление нанотрубок галлуазита позволяет «прицельно» доставлять цинк к растениям, избегая загрязнения почвы и грунтовых вод, что делает потенциальные удобрения экологичными. Кроме того, благодаря микро-игольчатой морфологии исходных минеральных форм такие удобрения устойчивы к смыванию дождевой водой, в отличие от удобрений, которые находятся в почве.
В планах ученых — провести аналогичные исследования для создания нанокомпозитов с другими питательными нутриентами. При этом они попробуют загружать не только положительно заряженные, но и отрицательно заряженные ионы.
Источник информации и фото: пресс-служба Томского политехнического университета