Метод удаления «вечных химикатов» из воды

Графическое изображение металлосодержащего полимера с ферроценовыми звеньями, используемого для обратимого поглощения перфторированных соединений. Кредит: Маркус Галлей.

PFAS — невероятно универсальные химические вещества. Эти богатые фтором органические соединения позволяют каплям дождя легко скользить по нашим спортивным курткам. Они служат в качестве антипригарного слоя на бумаге для упаковки пищевых продуктов и являются важными компонентами пен для огнетушителей и защитного снаряжения, используемого пожарными. С момента их появления в 1940-х годах ассортимент и объем продуктов, содержащих PFAS, значительно расширились.

Вредные свойства PFAS

Однако такое широкое использование вызывает опасения. Из-за своей стабильной природы и отсутствия естественных путей разложения эти стойкие химические вещества постоянно накапливаются в окружающей среде, создавая серьезные проблемы как для здоровья человека, так и для окружающей среды. Сегодня следы PFAS можно найти по всему миру: от воды, воздуха и почвы до растений и животных. И неизбежно они находят свой путь и к людям.

До сих пор неясно, насколько опасны для здоровья эти химические вещества. Первоначальные исследования на лабораторных животных показали, что PFAS может ухудшить репродуктивное здоровье. Ясно только то, что эти синтетические соединения не принадлежат ни природной среде, ни тем более живым организмам. Поэтому имеет смысл найти способы попытаться снизить уровень загрязнения PFAS в окружающей среде.

Реабилитация PFAS является сложной и сложной задачей, а используемые процессы сами по себе могут оказывать пагубное воздействие на окружающую среду и климат.

И прежде чем их можно будет удалить, необходимо обнаружить PFAS. Обнаружение не облегчается тем фактом, что для значительного эффекта требуются лишь небольшие количества ПФАВ (например, ультратонкие покрытия в пищевой упаковке).

Удаление ПФАВ из воды

Обычно ПФАВ удаляют из воды путем фильтрации с использованием специальных мембран или недорогих адсорбентов с активированным углем. Однако извлечение PFAS из этих фильтровальных систем с целью их окончательного уничтожения требует либо использования суровых химических условий, либо сжигания.

По крайней мере, так было до сих пор. Группа исследователей во главе с Маркусом Галлеем, профессором химии полимеров Саарского университета, профессором Сяо Су из Иллинойсского университета Урбана-Шампейн и их докторантами Франком Хартманном (Саар) и Паолой Балдагес (Иллинойс) разработали новый электрохимический метод. Который может удалить химические вещества PFAS из воды, а затем снова эффективно выпустить их для уничтожения. Эта новая платформа восстановления PFAS позволяет собирать, идентифицировать и затем уничтожать эти фторированные загрязнители без необходимости сжигания фильтра.

• В методе, разработанном исследовательской группой, центральную роль играют металлосодержащие полимеры, известные как металлоцены.
• Металлоцены впервые появились в 1951 году с открытием железосодержащей молекулы ферроцена. С тех пор было сообщено о многих других металлоценах.
• Франк Хартманн, Маркус Галлей и их международная команда обнаружили, что электроды, функционализированные ферроценом или, что еще более эффективно, кобальтоценом, синтезированным Фрэнком Хартманном, способны удалять даже незначительные количества молекул ПФАС из воды.

Но настоящий ключ заключается в том факте, что если к металлополимерам ферроцена или кобальтоцена приложить напряжение, они могут «переключить» свое электрическое состояние и высвободить ранее захваченные молекулы ПФАС. «И кобальт справляется с этим значительно лучше, чем железо», — заметил Франк Хартманн.

«Мы нашли способ, с помощью которого PFAS можно эффективно удалить из воды, а затем снова высвободить, эффективно регенерируя электрод для дальнейшего использования. В отличие от фильтра с активированным углем, который мне приходится уничтожать, как только он насыщается молекулами ПФАС, я могу переключать металлоцены тысячу раз, если захочу», — сказал Маркус Галлей, резюмируя значение исследовательской работы.

Заложив основы, Фрэнк Хартманн, Маркус Галлей и их коллеги из Университета Иллинойса теперь стремятся к высококлассному развитию, чтобы облегчить удаление этих очень стойких загрязнителей из наших рек и океанов.

Источник

Метки: полимеры