Нова технологија елиминише „заувек хемикалије“ рекордном брзином и ефикасношћу
Истраживачки тим на Универзитету Рајс, у сарадњи са међународним сарадницима, створио је прву еколошки прихватљиву технологију која може брзо да ухвати и разгради токсичне „заувек хемикалије“ (ПФАС) у води. Резултати, објављени недавно у Напредни материјалипредстављају значајан напредак у борби против једне од најтврдокорнијих претњи загађења широм света.
Пројекат је водио Иоунгкун Цхунг, постдокторски сарадник чији је ментор Мицхаел С. Вонг, професор на Рице’с Георге Р. Бровн Сцхоол оф Енгинееринг анд Цомпутинг. Напори су такође укључили Сеоктае Канг, професора на Корејском напредном институту за науку и технологију (КАИСТ), и Кеон-Хам Ким, професора на националном универзитету Пукиунг у Јужној Кореји.
Шта су ПФАС и зашто су проблем
ПФАС, скраћеница за пер- и полифлуороалкил супстанце, су хемикалије које је направио човек и датирају из 1940-их. Коришћени су у многим свакодневним производима, укључујући тефлонске тигање, водоотпорну одећу и нека амбалажа за храну. ПФАС је постао популаран јер су отпорни на топлоту, масноћу и воду, али та иста издржљивост такође значи да се веома споро разграђују, због чега се често називају „хемикалијама заувек“.
ПФАС су се сада широко проширили и могу се наћи у води, земљишту и ваздуху широм света. Истраживања су повезала изложеност са оштећењем јетре, репродуктивним поремећајима, поремећајем имуног система и одређеним врстама рака. Чишћење је било тешко јер када ПФАС уђу у околину, тешко их је уклонити, а још теже уништити.
Зашто су тренутне методе уклањања ПФАС недостатке
Многи стандардни приступи се ослањају на адсорпцију, што значи да се хемикалије држе материјала као што су активни угаљ или смоле за јонску измјену. Ове методе су уобичајене, али имају велика ограничења, укључујући ниску ефикасност, спор рад, ограничен капацитет и накупљање додатног контаминираног отпада са којим се тек треба руковати.
„Тренутне методе за уклањање ПФАС-а су сувише споре, неефикасне и стварају секундарни отпад“, рекао је Вонг, Тина и Сунит Пател професор молекуларне нанотехнологије и професор хемијског и биомолекуларног инжењерства, хемије и грађевинског и еколошког инжењерства. „Наш нови приступ нуди одрживу и веома ефикасну алтернативу.“
Револуционарни ЛДХ материјал који брзо ради
Нови приступ је изграђен око слојевитог двоструког хидроксидног (ЛДХ) материјала направљеног од бакра и алуминијума. Ким је први пут идентификовао ову врсту материјала док је био дипломирани студент на КАИСТ-у 2021. Док је тим даље истраживао ова једињења, Цхунг је открио да специфична верзија која садржи нитрате може да адсорбује ПФАС са необично високим перформансама.
„На моје запрепашћење, ово једињење ЛДХ ухватило је ПФАС више од 1.000 пута боље од других материјала“, рекао је Цхунг, водећи аутор студије и сада сарадник на Рице’с Ватер Тецхнологиес, Ентрепренеурсхип анд Ресеарцх Институту и Институту за одрживост. „Такође је радио невероватно брзо, уклањајући велике количине ПФАС-а у року од неколико минута, око 100 пута брже од комерцијалних угљених филтера.
Истраживачи кажу да импресивни резултати потичу од унутрашњег дизајна материјала. Његови наређени слојеви бакра и алуминијума, заједно са малим неравнотежама наелектрисања, стварају веома повољну површину на којој се ПФАС молекули могу брзо и снажно везати.
Тестирано у речној води, води из славине и отпадним водама
Да би видели колико добро систем може да ради ван лабораторије, тим је тестирао ЛДХ материјал у речној води, води из славине и отпадној води. У сва три, остао је веома ефикасан. Такође се добро показао у статичким тестовима и континуалним поставкама, указујући на могућу употребу у комуналним системима за пречишћавање воде и индустријском чишћењу.
Затварање петље са уништавањем и поновном употребом ПФАС
Хватање ПФАС-а је само пола битке јер хемикалије још увек морају бити безбедно уништене. Радећи са професорима Рајса Педром Алварезом и Џејмсом Туром, Цхунг је развио процес термичког разлагања ПФАС-а након што су ухваћени на ЛДХ материјалу. Када је материјал напуњен ПФАС загрејан калцијум карбонатом, истраживачи су уклонили више од половине заробљеног ПФАС-а без ослобађања токсичних нуспроизвода. Исти корак је такође регенерисао ЛДХ, што је омогућило поновну употребу материјала.
Рано тестирање је показало да материјал може проћи кроз најмање шест комплетних циклуса хватања, уништавања и обнављања. То га чини првим познатим еколошки прихватљивим, одрживим системом за уклањање ПФАС-а који комбинује брзо чишћење са поновном употребом.
Међународна сарадња и подршка истраживању
„Узбуђени смо потенцијалом ове јединствене технологије засноване на ЛДХ да трансформише начин на који се третирају извори воде контаминирани ПФАС-ом у блиској будућности“, рекао је Вонг. „То је резултат изванредне међународне сарадње и креативности младих истраживача.
Списак свих истраживача укључених у ову студију и њихове институционалне припадности можете пронаћи овде. Ово истраживање је подржано од стране Програма за основна научна истраживања преко Националне истраживачке фондације Кореје коју финансира Министарство образовања (2021Р1А6А3А14044449, РС-2023-00242795), грантова Националног конвергенција истраживања научних изазова и Сејонг Националне истраживачке фондације за науку Кореје преко Националне истраживачке фондације Кореје. (НРФ-2022М3Ц1Ц8094245) и ИКТ (РС-2024-00395438). Овај рад су такође финансирали Сауди Арамцо-КАИСТ ЦО2 Манагемент, Наносистемс Енгинееринг Ресеарцх Центер фор Нанотецхнологи Енаблед Ватер Треатмент (НЕВТ), Инжењерски истраживачки и развојни центар америчке војске (В912ХЗ-21-2-0050), Институт за одрживост риже и Институт за пиринач воде.
