Новый подход к переработке нитратов опирается на принципы, подсмотренные у растений. Разбираем, как разработка поможет очищать сточные воды и снижать вред от удобрений.
Специалисты из Мичиганского университета под руководством химика Натаниэля Шимчака разработали метод, позволяющий восстанавливать стабильную форму азота — нитрат. Это вещество является ключевым компонентом удобрений, но его высокая стабильность делает его опасным загрязнителем грунтовых вод и причиной вредоносного цветения водорослей.
Исследование, результаты которого опубликованы в журнале Nature Chemistry, предлагает решение проблемы нарушения естественного круговорота азота. Чрезмерное использование удобрений приводит к тому, что огромное количество нитратов вымывается в водоемы, где биологические системы не могут их переработать. «Воздействие человека, по сути, вызвало дисбаланс, и биологическим системам невозможно компенсировать такое количество нитратов, которое мы в них выбрасываем», — отметил профессор Шимчак.
Чтобы найти способ восстановления молекул, команда обратилась за подсказками к природе. Они обнаружили, что белки растений используют водородные связи для связывания нитратов. Основываясь на этом принципе, ученые создали комплекс железа, окруженный специальной «вторичной сферой» из водородных связей, которая избирательно захватывает молекулы нитрата и подготавливает их к химической реакции.
Ключевым открытием стало то, что реакция может идти по двум разным путям в зависимости от источника энергии. При нагревании комплекс удаляет атомы кислорода из нитрата, образуя оксид азота (NO). Этот газ используется в медицине для снижения артериального давления. При воздействии же света происходит полное восстановление до аммиака (NH₃) — ценного удобрения, которое можно повторно использовать в сельском хозяйстве.
Источник: hi-tech.mail.ru