«Другие методы либо дороги, трудоемки, имеют низкую эффективность, либо занимают много времени», — сказал Мин Су, доцент химического инженера Северо-Восточного университета. Вместе с двумя своими аспирантами, Вэньцзюнь Чжэн и Сичао Хоу, он показал, как может работать такая лазерная система, описав результаты проверки принципа на этой неделе в Журнале прикладной физики от AIP Publishing.Су объяснил, что самым большим преимуществом лазеров является то, что их можно использовать в местах обеззараживания. Многие традиционные методы обеззараживания требуют выкапывания загрязненной почвы, перевозки ее в другое место для очистки и последующего возврата — процесс, который является дорогостоящим и требует много времени.
У этих методов также есть недостатки в том, насколько хорошо они могут обеззараживать. В одном из самых популярных методов смывания загрязняющих веществ используются вода или органические растворители. Но часто стирка не устраняет загрязнения; это только разбавляет их.
И даже если почва чистая, у вас может остаться еще одна проблема с загрязненной водой: органические растворители сами по себе могут быть вредными для людей, а процесс может создавать побочные продукты, которые становятся вторичными загрязнителями.Есть способы обеззаразить почву на месте, но у них есть свои ограничения. Удаление паров почвы, при котором воздух закачивается в землю для удаления летучих органических соединений, работает только на проницаемых или однородных почвах.
Биологические подходы к разрушению загрязняющих веществ с использованием растений или микробов медленны и работают только при низких концентрациях определенных загрязняющих веществ.Однако лазеры могут использоваться на месте для полного удаления загрязняющих веществ. «Нет другого метода, который мог бы сделать это с такой высокой эффективностью», — сказал Су.Чтобы продемонстрировать, что новый метод осуществим, исследователи протестировали его на смоделированном грунте из пористого кремнезема.
Они заразили свою искусственную почву канцерогенным химическим веществом под названием DDE, которое является продуктом DDT, канцерогенного пестицида, запрещенного в США в 1972 году. Молекулы DDE флуоресцируют в ультрафиолетовом свете, что упрощает их обнаружение.Почти сразу после того, как мощный инфракрасный лазер осветил загрязненную искусственную почву, свечение прекратилось.
Отсутствие флуоресценции указывало на то, что DDE больше не было.Чтобы удалить вредное вещество, лазерный луч локально нагревает загрязняющее вещество, достигая температуры в тысячи градусов по Цельсию. Этого тепла достаточно, чтобы разорвать химические связи загрязнителя, фрагментируя DDE на более мелкие и безопасные молекулы, такие как диоксид углерода и вода.В принципе, лазеры должны работать с любыми типами загрязняющих веществ, от органических соединений до ионов металлов.
Но сначала, сказал Су, исследователям придется провести больше экспериментов с другими загрязнителями. Дальнейшие исследования также должны включать более тщательный анализ, чтобы определить, действительно ли все загрязняющие вещества разбиты в достаточной степени, чтобы соответствовать стандартам.В конце концов, Су представляет себе мульти-лазерную систему, которая будет установлена на кузове грузовика.
Лазерный свет, проходящий через оптоволоконные кабели, проникающие в почву, возможно, мог бы попасть в плуг, который разрыхляет грязь, лучше освещая ее лазерным светом.