За връзка с нас

+359 2 9792745

Актуалност и значимост на научната проблематика

Замърсяването със синтетични органични багрила от различни клонове на промишлеността и бита е сериозен екологичен проблем. Само в текстилната индустрия, която се характеризира с изключително висока консумация на водни ресурси, се генерират около един милион тона годишно. За последните 130 години са синтезирани над 2 милиона различни багрила. Трябва да се отбележи, че багрилата са сложни органични съединения и поради технологични изискванията за устойчивост на цвета са трудно разградими или се разпадат до други токсични съединения. Багрилата принадлежат към различни химични групи като трифенилметанови багрила, азо-багрила, фенотиазинови компоненти, феназини, стирилхинолиниеви багрила и други. Структурата им често се състои от множество ароматни фенилни ядра, които се считат за канцерогенни и мутагенни агенти. В противовес на разработването на трайни и качествени багрила, научен интерес представлява и тяхното обезвреждане от отпадни води.
Основни източници на замърсяване с фенол и неговите производни са частичното разграждане на фенокси хербициди; използването на консерванти за дърво; отпадъци от нефтената, коксохимичната и фармацевтичната индустрия; производството на взривни вещества и фенол-формалдехидни смоли и др. Концентрация от 1 ppm фенол във водата е вредна за много видове риби. Токсичните свойства на фенола се изразяват и до намалена плодовитост, намалена преживяемост на младите индивиди и инхибиране на техния растеж. Той се абсорбира както през кожата, така и чрез вдишване през белите дробове. При абсорбиране на умерени количества фенолът се детоксифицира от организма чрез конюгация със сярна и глюкуронова киселина и се екскретира с урината. Високата експозиция на фенол може да бъде фатална за хората, а кърмачетата са свръхчувствителни към фенола. Фенолът е доказан туморен промотор.
Поради изтъкнатите по-горе причини разграждането на фенола и неговите производни представлява сериозен научен интерес от няколко десетилетия.
Подробна оценка на риска от замърсяване с фенол, заедно с източниците на неговите емисии и пределно допустимите концентрации, е направена през 2006 г. в доклад на Европейската комисия.

Подходи

  • Установяване на подходящи концентрации и условия на разграждане на багрила и фенол от бактериални щамове (Pseudomonas putida 1046 и други);
  • Изработване и охарактеризиране на електроди с инкорпорирани катализатори за окисление на съответните замърсители в био/горивен елемент.
  • Установяване на конструкционните особености на горивен елемент за окисление на съответните замърсители – избор на мембрана, електроди и окислител, както и условията за бактериално разграждане;

Очаквани резултати

Резултатите от настоящия проект ще задълбочат фундаменталните познания за разграждането на органични вещества в микробиални горивни елементи. Те ще допринесат за изясняване на каталитичния и микробиалния механизъм и кинетика на обезвреждане на опасни замърсители като фенол и някои синтетични багрила. Ще дадат информация за директното получаване на енергия в процеса на окисление на тези органични съединения и факторите, от които зависи количеството на получената енергия.

Увеличаващото се замърсяване на околната среда с отпадни продукти от различни индустриални производства, както и нарастващото потребление на енергия и цените на горивата, налагат разработването на нови, енергоспестяващи и екологосъобразни методи и технологии за тяхното обезвреждане. В този аспект, настоящият проект предлага алтернативно решение за очистване на отпадъчни води от опасни органични замъсители, каквито са фенолът и неговите производни. Голямо предимство на микробиалните горивни елементи е, че паралелно с очистването на биоразградими субстанции, се генерира и известно количество електрическа енергия. Това прави тази иновативна технология енергонезависима, с неутрален отпечатък върху околната среда и значителен потенциал за индустриално приложение. Засега обаче, в световен мащаб нивото на технологична готовност (TRL) на МГЕ е 3-4, което обуславя необходимостта от още по-засилени фундаментални изследвания. С реализирането на настоящия проект интердисциплинарният колектив от учени си поставя амбициозната задача да разшири фундаменталните знания в тази перспективна област с получаването на нови експериментални доказателства за възможността за очистване на отпадъчни води от опасни органични замърсители, с което ще допринесе за ускоряване на практическото приложение на МГЕ-технологията.