Пер- и полифторалкильные вещества (ПФАС) — это группа синтетических химикатов, используемых с 1940-х годов благодаря их антипригарным и водоотталкивающим свойствам. Их можно найти в посуде, косметике, зубной нити и водонепроницаемой одежде. Из-за чрезвычайно прочных химических связей они получили название «вечные химикаты», поскольку в природе на их распад уходят тысячи лет.
Проблема их накопления в окружающей среде и живых организмах достигла критического уровня. На сегодняшний день произведено почти 15 000 различных типов ПФАС. Исследования показывают, что примерно у 98% населения США эти химические вещества присутствуют в крови, что свидетельствует о глобальном масштабе загрязнения.
Накопление ПФАС в организме человека связано с повышенными рисками для здоровья. Среди них — аутоиммунные заболевания, нарушения развития, снижение фертильности и онкологические заболевания. Хотя некоторые конкретные виды ПФАС были запрещены, общая проблема их устранения из окружающей среды оставалась нерешенной.
Группа ученых под руководством материаловеда Кэмерона Ширера из Университета Аделаиды в Австралии разработала новый высокоэффективный процесс для полного разрушения этих соединений. Результаты исследования были опубликованы 25 июля в научном журнале Small.
Стойкость ПФАС обусловлена их уникальной структурой. Молекула состоит из «головы», часто состоящей из заряженных молекул кислорода, и «хвоста» из атомов углерода и фтора. Традиционные методы очистки, нацеленные на разрушение связей с атомами углерода, оказываются неэффективными, так как эти атомы «защищены» фтором.
Новый метод использует фотокатализатор — материал, который поглощает свет для ускорения химических реакций. В качестве такого материала исследователи применили сульфид кадмия-индия. При воздействии на него видимого света он высвобождает активные формы кислорода, также известные как свободные радикалы.
В ходе эксперимента сульфид кадмия-индия смешали с одним из распространенных видов ПФАС — перфтороктансульфонатом (ПФОС). Фотокатализатор поглотил свет, сгенерировал свободные радикалы, которые, в свою очередь, атаковали не защищенные атомы углерода, а атомы фтора в молекуле ПФОС, эффективно разрушая прочную химическую связь.
Результаты эксперимента показали, что при оптимизированных условиях процесс обеспечивает «полный распад» около 99% молекул ПФОС. Токсичные «вечные химикаты» были преобразованы в безвредные компоненты, включая фторид.
Потенциально полученные побочные продукты можно выделять и использовать в промышленных целях. Например, фторид является ключевым компонентом для производства зубной пасты, а другие элементы могут служить добавками для удобрений.
В будущем этот материал может стать частью многоступенчатой системы очистки. На первом этапе ПФАС будут улавливаться и концентрироваться из воды, а на втором — подвергаться разложению с помощью светоактивного материала.
Ближайшая цель исследовательской группы — повысить стабильность фотокаталитических материалов для долгосрочного использования. Конечной задачей является применение этого процесса в крупномасштабных системах очистки воды для решения глобальной проблемы загрязнения ПФАС.
Изображение носит иллюстративный характер
Проблема их накопления в окружающей среде и живых организмах достигла критического уровня. На сегодняшний день произведено почти 15 000 различных типов ПФАС. Исследования показывают, что примерно у 98% населения США эти химические вещества присутствуют в крови, что свидетельствует о глобальном масштабе загрязнения.
Накопление ПФАС в организме человека связано с повышенными рисками для здоровья. Среди них — аутоиммунные заболевания, нарушения развития, снижение фертильности и онкологические заболевания. Хотя некоторые конкретные виды ПФАС были запрещены, общая проблема их устранения из окружающей среды оставалась нерешенной.
Группа ученых под руководством материаловеда Кэмерона Ширера из Университета Аделаиды в Австралии разработала новый высокоэффективный процесс для полного разрушения этих соединений. Результаты исследования были опубликованы 25 июля в научном журнале Small.
Стойкость ПФАС обусловлена их уникальной структурой. Молекула состоит из «головы», часто состоящей из заряженных молекул кислорода, и «хвоста» из атомов углерода и фтора. Традиционные методы очистки, нацеленные на разрушение связей с атомами углерода, оказываются неэффективными, так как эти атомы «защищены» фтором.
Новый метод использует фотокатализатор — материал, который поглощает свет для ускорения химических реакций. В качестве такого материала исследователи применили сульфид кадмия-индия. При воздействии на него видимого света он высвобождает активные формы кислорода, также известные как свободные радикалы.
В ходе эксперимента сульфид кадмия-индия смешали с одним из распространенных видов ПФАС — перфтороктансульфонатом (ПФОС). Фотокатализатор поглотил свет, сгенерировал свободные радикалы, которые, в свою очередь, атаковали не защищенные атомы углерода, а атомы фтора в молекуле ПФОС, эффективно разрушая прочную химическую связь.
Результаты эксперимента показали, что при оптимизированных условиях процесс обеспечивает «полный распад» около 99% молекул ПФОС. Токсичные «вечные химикаты» были преобразованы в безвредные компоненты, включая фторид.
Потенциально полученные побочные продукты можно выделять и использовать в промышленных целях. Например, фторид является ключевым компонентом для производства зубной пасты, а другие элементы могут служить добавками для удобрений.
В будущем этот материал может стать частью многоступенчатой системы очистки. На первом этапе ПФАС будут улавливаться и концентрироваться из воды, а на втором — подвергаться разложению с помощью светоактивного материала.
Ближайшая цель исследовательской группы — повысить стабильность фотокаталитических материалов для долгосрочного использования. Конечной задачей является применение этого процесса в крупномасштабных системах очистки воды для решения глобальной проблемы загрязнения ПФАС.
