Нов пробив от Университета Райс предлага устойчива алтернатива за почистване на „вечните химикали“.

Изследователи от Университета Райс в САЩ, в сътрудничество с международни партньори, разработиха първата екологична технология, която бързо улавя и унищожава токсичните PFAS (пер- и полифлуоралкилни вещества) във водата. Резултатите, публикувани в престижното списание Advanced Materials, бележат значителен напредък в борбата срещу една от най-устойчивите екологични заплахи в света.

Какво представляват PFAS и защо са опасни

PFAS (от англ. per- and polyfluoroalkyl substances) са синтетични химикали, използвани от 40-те години на XX век в широка гама от продукти – от тефлонови съдове и водоустойчиви материи до опаковки за храни. Тези вещества са известни със своята устойчивост на топлина, мазнини и вода, което ги прави ценни за индустрията, но и изключително устойчиви в природата.

Именно тази устойчивост им носи прозвището „вечни химикали“, защото не се разграждат естествено. Днес PFAS са открити в почвата, водата и въздуха по целия свят. Проучвания ги свързват с:

  • увреждане на черния дроб,

  • репродуктивни проблеми,

  • отслабена имунна система,

  • както и някои видове рак.

Борбата с тези замърсители е трудна, тъй като PFAS са устойчиви на традиционни методи за пречистване и често се натрупват в екосистемите.

Ограничения на съществуващите технологии

Традиционните подходи за отстраняване на PFAS, като адсорбция чрез активен въглен или йоннообменни смоли, страдат от редица недостатъци:

  • бавна работа,

  • ниска ефективност,

  • ограничен капацитет,

  • създаване на вторични отпадъци, които също трябва да бъдат третирани.

„Настоящите методи за отстраняване на PFAS са твърде бавни и неефективни“, коментира професор Майкъл С. Уонг, специалист по молекулярна нанотехнология и химическо инженерство в Университета Райс.

„Нашият нов подход предлага устойчива и ефективна алтернатива, която може да промени играта.“

Новият материал: слоест двоен хидроксид (LDH)

Инновацията, ръководена от екипа на Райс, се основава на материал от типа слоест двоен хидроксид (LDH), съставен от мед и алуминий. Той е открит за първи път през 2021 г. от професор Кион-Хам Ким в KAIST (Корейски институт за напреднали науки и технологии).

Докато експериментирал с различни варианти на LDH, изследователят Йънгкун Чунг открил, че формула с нитратни йони показва рекордно висока способност за улавяне на PFAS.

„Към мое учудване, този LDH материал улавя PFAS над 1000 пъти по-добре от други познати вещества“, обяснява Чунг, водещ автор на проучването.
„Работи 100 пъти по-бързо от търговските въглеродни филтри, премахвайки големи количества PFAS само за минути.“

Как работи технологията

Ефективността на материала се дължи на уникалната му вътрешна структура. Слоевете от мед и алуминий, комбинирани с леки зарядови дисбаланси, създават идеална среда за привличане на PFAS молекули.

Екипът тествал LDH материала в различни видове вода – речна, чешмяна и отпадъчна. Резултатите били впечатляващи:

  • висока ефективност както в статични, така и в динамични поточни системи;

  • отлични резултати при реални условия;

  • потенциал за приложение в общински станции за пречистване и индустриални водни системи.

Затваряне на цикъла: улавяне и унищожаване

Премахването на PFAS е само първата стъпка — унищожаването им без вторично замърсяване е също толкова важно.

В сътрудничество с професорите Педро Алварес и Джеймс Тур, екипът разработил термичен метод за разлагане на PFAS, уловени от LDH материала.

Чрез нагреване на наситения материал с калциев карбонат учените елиминирали повече от 50% от уловените PFAS, без отделяне на токсични газове. Процесът едновременно регенерира LDH, позволявайки многократна употреба на същия материал.

Предварителни тестове показват, че LDH може да премине поне шест пълни цикъла на улавяне, унищожаване и обновяване – нещо невиждано досега в борбата с PFAS.

Глобално значение и бъдещи приложения

„Ние сме изключително развълнувани от потенциала на тази уникална LDH технология, която може да промени начина, по който се третират замърсените води в бъдеще“, казва професор Уонг.

„Това е резултат от международно сътрудничество и креативността на млади изследователи, които мислят устойчиво.“

Новият метод предлага реална перспектива за масово прилагане в пречиствателни станции, индустриални комплекси и дори в системи за питейна вода, осигурявайки чиста и безопасна вода без вредни отпадъци.

Източник: Phys.org