Российские ученые, используя способность бактерий к биоминерализации, синтезировали нанокомпозит на основе кристаллитов сульфида железа (Fe3S4) и наночастиц ферригидрита. Полученные образцы обладают улучшенными магнитными характеристиками и могут использоваться для очистки вод от тяжелых металлов при добыче и переработке руд. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds.
С помощью бактерий можно создавать новые биосовместимые функциональные материалы для медицины, промышленности и техники. Так, некоторые бактерии способны поглощать и концентрировать металлы из окружающей среды, образуя из них кристаллиты и суперпарамагнитные наночастицы, в том числе железосодержащие.
Коллектив российских ученых, в состав которого вошли исследователи ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», при помощи одного из видов бактерий рода Desulfovibrio, выделенного из отстойников Челябинского электролизного цинкового завода сотрудниками Томского государственного университета, синтезировал композит из стержнеобразных кристаллитов грейгита покрытого ферригидритом. Эти бактерии образуют биоминерализованные сульфиды металлов в процессе собственного метаболизма.
Исследователи оценили свойства полученного материала. Кристаллит сульфида железа в форме наностержней имел сильную магнитную связь с адсорбированным на нем ферригидритом. Как утверждают специалисты, такие магнитные взаимодействия на порядок превышают наблюдаемые ранее в свободном ферригидрите. Исследователи считают, что это можно объяснить эффектом дополнительного намагничивания наночастиц ферригидрита сульфидом железа. Адсорбция наночастиц ферригидрита на поверхности кристаллитов сульфида железа также сказалась на магнитном поведении наночастиц. Например, значительно увеличилась их устойчивость к размагничиванию (коэрцитивная сила) и остаточная намагниченность. Такое поведение обусловлено суперпарамагнитным поведением наночастиц ферригидрита — они могут равномерно намагничиваться по всему объему и обладают большей магнитной восприимчивостью.
«Наше исследование было основано на сложном химическом и биофизическом процессе биоминерализации — превращения органических веществ в неорганические. Для создания композитных материалов мы использовали сульфатредуцирующие бактерии. Они известны своей способностью осаждать сульфиды металлов, что может использоваться в технологии очистки окружающей среды. В данной работе, благодаря бактериям Desulfovibrio, мы синтезировали ультрадисперсные наночастицы ферригидрита, покрывающие кристаллиты наностержней сульфида железа. Важной характеристикой данного штамма бактерий 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. Поэтому кристаллы сульфида железа, адсорбированные наночастицами ферригидрита, могут быть использованы для очистки выбросов при добыче и переработке металлов», — рассказал научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН кандидат физико-математических наук Юрий Владимирович Князев.
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (№. 22-24-00601).
Группа научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН
