Вчені відкрили новий спосіб розщеплення «вічно хімічних речовин», стійких забруднювачів, які забруднюють наші водні шляхи та загрожують здоров’ю населення.
У серпні дослідники з Північно-західного університету розповіли про простий, низькоенергетичний спосіб розкладання деяких, але не всіх хімікатів назавжди, які описали, як міцно пов’язані синтетичні хімікати з довгим ланцюгом. Вони колись вважалися неможливими для розкладання без великої кількості енергії, але зараз це вже не так.
Тепер команда вчених з Каліфорнійського університету (UC) Ріверсайд повідомила про альтернативний метод наддуву руйнування хімічних речовин PFAS у воді.
Він використовує ультрафіолетове світло та водень, щоб розщепити ці шкідливі речовини, що містяться в питній продукції.
Довготривалі PFAS (пер- та поліфторалкільні речовини) десятиліттями широко використовувалися як антипригарні та водонепроникні речовини, де вони знайшли свій шлях у все, від протипожежної піни до косметики . Пізніше їх прозвали «вічними хімікатами» за те, як вони зберігаються в навколишньому середовищі, їх було виявлено у надзвичайно високих рівнях у питній воді по всьому світу та пов’язано з проблемами здоров’я, такими як рак печінки .
Якщо такий прогрес у дослідженнях триватиме, вони можуть нарешті розірватися.
«Перевага цієї технології полягає в тому, що вона є дуже довговічною», — каже Хайчжоу Лю, інженер-хімік та еколог з Каліфорнійського університету в Ріверсайді та старший науковий співробітник команди, яка розробила новий процес, який очікує на патент, який не генерує жодних небажаних побічних продуктів.
Залишаючи осторонь регуляторні важелі, які обмежують ризики забруднення навколишнього середовища, є дві частини розв’язання проблеми PFAS. Перший передбачає видалення матеріалу з ресурсів навколишнього середовища, наприклад шляхом фільтрації джерел питної води (найчастіше з використанням вуглецю) – легше завдання, ніж очищення забруднених ґрунтів або ґрунтових вод .
Наступним і складнішим кроком є утилізація концентрованих хімічних речовин PFAS або їх знищення без утворення будь-яких інших шкідливих речовин у процесі. Наприклад, PFAS можна спалити за високих температур , але це дорого, а спалювання продуктів, що містять PFAS , ризикує їх подальшим поширенням .
Ось тут і з’являється новий процес. Він працює шляхом барботування водню (H 2 ) через забруднену воду для іонізації молекул води (H 2 O). Це генерує реактивні речовини, включаючи гідратовані електрони, які потім атакують міцні зв’язки, що утримують хімічні речовини PFAS.
Очищення води високоенергетичним короткохвильовим ультрафіолетовим випромінюванням також допомагає прискорити ці хімічні реакції, які інакше були б надто повільними, щоб бути корисними в промислових умовах.
Досі дослідники перевіряли свій метод лише на невеликих обсягах (500 мілілітрів або 17 рідких унцій) водопровідної води, доданої PFOA та PFOS, двох типів хімікатів назавжди.
Але вони досягли швидкої та майже повної деградації забруднюючих речовин у цих тестових партіях, використовуючи менше електроенергії, ніж попередні спроби.
Подвійний удар газоподібного водню та ультрафіолетового світла розклав 95 відсотків хімічних речовин PFOA та PFOS протягом 45 хвилин після обробки води та до 97 відсотків загалом. Але метод все ще потребує деякої оптимізації, тому що навіть на ледь помітних рівнях хімікати PFAS є небезпечними, за словами органів охорони здоров’я.
Це не перший випадок, коли дослідники намагаються заблокувати хімічні речовини PFAS, щоб зламати їх. Інша команда з Університету Кларксона в Нью-Йорку співпрацює з ВПС США для очищення води, забрудненої PFAS, використовуючи плазмові реактори та газ аргон для розщеплення молекул PFAS.
Плазмовий газ — це іонізований газ, що складається з вільно переміщуваних електронів і позитивних іонів. Під час пілотних випробувань забрудненої води, очищеної з моніторингових колодязів на об’єктах військово-повітряних сил, обробка в плазмових реакторах протягом до 50 хвилин розкладала від 36 до 99 відсотків хімікатів PFAS, деякі швидше, ніж інші.
З такою великою проблемою нам потрібно розглянути всі можливі варіанти. «Загальний консенсус полягає в тому, що немає універсального рішення» для того, щоб назавжди деградувати хімічні речовини, сказала інженер-хімік Сельма Медедович Тагард з Університету Кларксона журналу Eos Американського геофізичного союзу .
Лю та його колеги з Каліфорнійського університету в Ріверсайді вважають, що вони також можуть зробити свій процес більш енергоефективним, випробовуючи інші джерела світла з низьким споживанням енергії та змінюючи їх налаштування, щоб посилити дифузію водню через воду.
Це буде важливо, якщо технологія матиме шанс перейти від лабораторних експериментів із пробірками до реальних промислових застосувань, оскільки це було основною перешкодою для інших методів.
«Ми оптимізуємо її, намагаючись зробити цю технологію універсальною для широкого діапазону джерел, забруднених PFAS», — говорить Лю . «Технологія показала багатообіцяючі результати щодо руйнування PFAS як у питній воді, так і в різних типах промислових стічних вод».