Американские ученые разработали инновационное решение насущной экологической проблемы: удаление и уничтожение пер- и полифторалкильных веществ, которые обычно называют «вечными химикатами». В основе лежит практически мгновенное нагревание до высоких температур (выше 3000°C), которое разрушает прочные углерод-фтористые связи в соединениях. Этот метод позволяет не только удалять «вечные химикаты» из систем водоснабжения, но и преобразовывать отходы в высококачественный графен, предлагая экономически эффективный и устойчивый подход к восстановлению окружающей среды. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Water.
Пер- и полифторалкильные соединения — это синтетические соединения, которые входят в состав различных потребительских товаров и ценятся за их термостойкость, водо- и маслостойкость. Однако их химическая стабильность делает их стойкими в окружающей среде, из-за чего они загрязняют источники водоснабжения и создают значительные риски для здоровья, включая угрозы развития онкозаболеваний и нарушений иммунной системы. Традиционные методы утилизации таких соединений дорогие, энергоемкие и часто приводят к образованию вторичных загрязнителей. Поэтому сегодня нужны инновационные решения, которые будут более эффективными и экологически чистыми.
Группа американских ученых предложила использовать мгновенный джоулев нагрев — метод, при котором импульс электрического тока перегревает образцы до тех пор, пока они не распадутся. Комбинируя гранулированный активированный уголь, насыщенный «вечными химикатами», и минерализующие вещества, такие как соли натрия или кальция, исследователи приложили высокое напряжение для создания температуры, превышающей 3000°C, менее чем за одну секунду.
Интенсивное нагревание разрушает прочные углерод-фтористые связи в химикатах, превращая их в инертные, нетоксичные фтористые соли. Одновременно гранулированный активированный уголь перерабатывается в графен — ценный материал, используемый в различных отраслях промышленности.
Результаты исследований показали эффективность обесфторивания более чем на 96% и удаление перфтороктановой кислоты — одного из наиболее распространенных загрязнителей воздуха — на 99,98%. Аналитические тесты подтвердили, что в результате реакции практически не образуется вредных летучих органических фторидов, которые являются распространенным побочным продуктом при других видах обработки пер- и полифторалкильных соединений. Этот метод также позволяет исключить вторичные отходы, связанные с традиционными методами утилизации, такими как сжигание или добавление отработанного углерода на свалки. Переработка углерода в готовый графен позволяет снизить затраты на переработку на 60-100 долларов США за килограмм.
«Наш метод не просто уничтожает эти опасные химические вещества, он превращает отходы в нечто ценное, — рассказал Джеймс Тур из Университета Райса (США). — Переработав отработанный углерод в графен, мы создали процесс, который не только полезен для окружающей среды, но и экономически выгоден».
Результаты этого исследования распространяются не только на перфтороктановую и перфтороктансульфоновую кислоты — два наиболее изученных соединения из класса «вечных химикатов». Высокие температуры, достигаемые при мгновенном джоулевом нагреве, позволяют предположить, что этот метод может разлагать широкий спектр углерод-фтористых соединений, открывая путь для более широкого применения в области очистки воды и удаления отходов. Мгновенный джоулев нагрев также может быть адаптирован для производства других ценных материалов на основе углерода, включая углеродные нанотрубки и наноалмазы, что еще больше повышает его универсальность и экономическую привлекательность.
«Благодаря нулевым затратам, масштабируемости и экологическим преимуществам наш метод представляет собой шаг вперед в борьбе с «вечными химикатами», — отмечают авторы исследования. — Поскольку опасения по поводу загрязнения углерод-фтористыми соединениями продолжают расти, этот прорыв дает надежду на сохранение качества воды и охрану здоровья населения во всем мире».
Автор: Елизавета Логутенкова.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
