Новая технология улавливает и навсегда уничтожает «химические вещества», содержащиеся в воде

Исследователи разработали первую экологически чистую технологию, позволяющую быстро улавливать и уничтожать токсичные химические вещества «навсегда», содержащиеся в воде.

Результаты исследования Advanced Materials знаменуют собой важный шаг на пути к устранению одной из самых постоянных экологических угроз в мире.

Что такое forever chemicals?

Форевер кемикалз (PFAS, сокращение от пер- и полифторалкильных веществ) — синтетические химические вещества, впервые произведенные в 1940-х годах и используемые в различных продуктах, от тефлоновых сковородок до водонепроницаемой одежды и упаковки для пищевых продуктов.Их способность противостоять воздействию тепла, жира и воды сделала их ценными для промышленности и потребителей. Но эта же стойкость означает, что они не так легко разлагаются, за что их прозвали «вечными химикатами».

Сегодня ПФАС содержатся в воде, почве и воздухе по всему миру. Исследования связывают их с повреждением печени, репродуктивными расстройствами, нарушением работы иммунной системы и некоторыми видами рака. Усилия по очистке от ПФК были безуспешными, поскольку эти химические вещества трудно удалить и уничтожить после попадания в окружающую среду.

Возможности современных технологий

Традиционные методы очистки PFAS обычно основаны на адсорбции, при которой молекулы прилипают к таким материалам, как активированный уголь или ионообменные смолы. Хотя эти методы широко используются, они обладают серьезными недостатками: низкой эффективностью, низкой производительностью, ограниченной производительностью и образованием дополнительных отходов, которые требуют утилизации.

“Современные методы удаления PFAS являются слишком медленными, неэффективными и приводят к образованию вторичных отходов,” говорит Майкл С. Вонг, профессор инженерной и вычислительной школы Джорджа Р. Брауна при Университете Райса.

“Наш новый подход предлагает устойчивую и высокоэффективную альтернативу.”

Инновационный материал

В основе новой инновации лежит слоистый двойной гидроксид (LDH), изготовленный из меди и алюминий, впервые обнаруженный Кеон-Хамом Кимом, профессором Национального университета Пукьюнг в Южной Корее, в 2021 году в качестве аспиранта Корейского института передовых наук и технологий (KAIST).

Экспериментируя с этими материалами, Янгкун Чунг, аспирант под руководством профессор Вонг обнаружил, что один препарат с нитратом может адсорбировать PFAS с рекордной эффективностью.»К моему удивлению, это соединение ЛДГ улавливает ПФАС более чем в 1000 раз лучше, чем другие материалы», — говорит Чанг, ведущий автор исследования, а ныне научный сотрудник Rice WaTER (Водные технологии, предпринимательство и экология). Исследовательский) институт и Институт устойчивого развития.

“Он также работает невероятно быстро, удаляя большое количество PFAS за считанные минуты, примерно в 100 раз быстрее, чем обычные угольные фильтры.”

Эффективность этого материала обусловлена его уникальной внутренней структурой. Его упорядоченные медно-алюминиевые слои в сочетании с небольшим дисбалансом зарядов создают идеальную среду для быстрого и прочного связывания молекул PFAS.Чтобы проверить практичность технологии, команда исследовала содержание LDH в речной воде, водопроводной воде и сточных водах. Во всех случаях он показал высокую эффективность, хорошо зарекомендовав себя как в стационарных, так и в системах с непрерывным потоком. Полученные результаты свидетельствуют о большом потенциале для крупномасштабного применения в системах очистки городского водоснабжения и промышленных очистных сооружениях.

Улавливание и уничтожение

Удаление PFAS из воды — это только часть задачи. Не менее важно их безопасное уничтожение. Работая с профессорами Райса Педро Альваресом и Джеймсом Туром, Чанг разработал метод термического разложения PFAS, содержащихся в материале LDH. Нагрев насыщенный материал с карбонатом кальция позволил команде удалить более половины захваченных PFAS без выделения токсичных побочных продуктов. Примечательно, что этот процесс также позволил восстановить LDH, что позволило многократно использовать его повторно.Предварительные исследования показали, что материал может пройти по меньшей мере шесть полных циклов улавливания, уничтожения и обновления, что делает его первой известной экологически чистой и устойчивой системой удаления PFAS.“ Мы в восторге от потенциала этой технологии. «это единственная в своем роде технология на основе LDH, которая в ближайшем будущем изменит методы очистки источников воды, загрязненных PFAS», — говорит Вонг.

Поддержка этого исследования была оказана Программой фундаментальных научных исследований Национального исследовательского фонда Кореи, финансируемой Министерством образования, грантами Национального исследовательского центра конвергенции научных задач и стипендией Седжонга по научным исследованиям Национального исследовательского фонда Кореи и финансированием Министерства образования. Наука и ИКТ. Эта работа также финансировалась Saudi Aramco-KAIST CO2 Management, Центром инженерных исследований наносистем для очистки воды с использованием нанотехнологий (NEWT), Центром инженерных исследований и разработок инженерного корпуса армии США, Институтом устойчивого развития риса и Институтом рисовой воды.

Другие новости:

---