Проекты

Исследование полимерных губок на основе хитозана для определения эффективности сорбции эвтрофицирующих цианобактерий озера Байкал для очистки воды

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Идея»

Направление работы: Биоэкология
Авторы работы: ГБОУ Школа №2030
Предметы: Биология
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» 2021 года

Актуальность

Очень важно сохранить Байкал, самое глубокое пресное озеро в мире с уникальнейшей природой и питьевой водой. Авторы работы решили протестировать полимерные губки на основе хитозана для определения эффективности сорбции эвтрофицирующих цианобактерий. В дальнейшем такие биоразлагаемые, экологически чистые фильтры могут помочь в решении проблемы очистки сточных вод, природных водоемов и питьевой воды.

Цель

Тестирование 1% и 2% хитозановых (ХТ) губок для эффективной очистки воды.

Задачи

  1. Проанализировать литературу по изучаемой проблеме.
  2. Изучить влияние механизмов взаимодействия ХТ губок с цианобактериями (ЦБ) на изменение их концентрации посредством измерения поглощения оптического излучения.
  3. Исследовать влияние полимерных губок на агломерацию ЦБ с анализом полученных результатов для выявления наиболее эффективного механизма очистки воды.

Гипотеза

ХТ губка может снижать концентрацию ЦБ в воде и, таким образом, быть хорошим сорбентом и перспективным материалом для очистки озера Байкал и других водоемов от ЦБ.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Пипетка Пастера
  • Мерный цилиндр
  • Стакан мерный
  • Чашка Петри
  • Цифровой спектрометр высокого разрешения
  • Микроскоп бинокулярный
  • Магнитная мешалка
  • Штангенциркуль

Описание

На начальном этапе авторы изучили литературу по выбранной теме и выяснили, что полимер хитозан обладает эффективной сорбционной способностью, поэтому можно утверждать, что хитозановые губки будут наилучшим сорбентом.

Для проведения экспериментов были выращены цианобактерии, привезенные с Байкала, и разделены на группы с различной концентрацией. Исследовалось влияние 1% и 2% синтетических губок на основе хитозана на уменьшение количества ЦБ в растворе, а также агломерацию и выпадение ЦБ в осадок.

Для проведения эксперимента № 1 подготовили 3 партии кювет с различными растворами и исследовали спектральные зависимости сразу после подготовки пробы, через 15 минут после и через 30 минут после.

Для проведения эксперимента № 2 подготовили кюветы с различными растворами и исследовали спектральные зависимости сразу после подготовки пробы. После погружения 2% хитозановой губки вновь исследовали спектральные зависимости.

Для проведения эксперимента № 3 подготовили кюветы с различными растворами, фильтр из хитозановых губок и исследовали спектральные зависимости сразу после подготовки пробы. После фильтрации через 1% хитозановые губки вновь исследовали спектральные зависимости.

Для проведения эксперимента № 4 подготовили кюветы с различными растворами, фильтр из хитозановых губок и исследовали спектральные зависимости сразу после подготовки пробы. После фильтрации через 2% хитозановые губки

Результаты

Основываясь на анализе полученных данных первого эксперимента, авторы выяснили, что ЦБ незначительно оседают и это слабо влияет на светопропускаемость. В результате второго эксперимента было выявлено, что погружение хитозановой губки в раствор с ЦБ является малоэффективным, потому что не все цианобактерии оседают на губке, а остаются в незатронутых губкой частях раствора. В результате третьего и четвертого эксперимента было обнаружено, что фильтрация через 2% хитозановую губку является в 4 раза эффективнее, чем фильтрация через 1% хитозановую губку.

Исходя из этого был сделан вывод, что фильтрация растворов с цианобактериями через 2% хитозановую губку наиболее действенна, т. к. весь раствор проходит через губку, и это обеспечивает наибольшую сорбцию. Изначальная гипотеза, что погружение губки является очень эффективным, была опровергнута.

Выводы

1. Проведён обзор литературы, который показал, что хитозан – хороший сорбент.

2. Экспериментально доказано, что концентрация цианобактерий озера Байкал после фильтрации через 1% хитозановую губку уменьшилась в 1,5 раза.

3. Экспериментально доказано, что концентрация цианобактерий после фильтрации через 2% хитозановую губку уменьшилась в 6 раз.

4. Был сделали вывод, что фильтрация через 2% губку в 4 раза эффективнее, чем через 1% губку, значит, 2% хитозановая губка является более эффективным способом очистки воды, чем фильтрация через 1% губку или погружение губки в раствор.

5. Подтверждена гипотеза, что синтетические полимерные хитозановые губки хорошо сорбируют цианобактерии и могут стать перспективным материалом для очистки озера Байкал и других водоемов от цианобактерий.

Перспективы использования результатов работы

Возможным продолжением исследования могут быть тестирования сорбционной способности губок других процентных концентраций; выявление наиболее удобного способа применения хитозановых губок в водоемах и повышение их эффективности.