Предлагаемые методы удаления токсичных «вечных химикатов» из воды либо только улавливают химикаты, либо разрушают их. Новое исследование продемонстрировало метод, который делает и то, и другое — быстро и дешево.
Пер- и полифторалкильные вещества, чаще называемые ПФАС или «вечными химикатами», представляют собой группу синтетических химикатов, которые устойчивы к деградации — отсюда и прозвище «вечные химикаты» — и представляют опасность для окружающей среды и нас.
Теперь инженеры-химики из Университета Британской Колумбии (UBC) в Канаде придумали комплексное решение для улавливания и разложения этих вечных химикатов на безвредные компоненты. Их метод объясняется в недавно опубликованном исследовании.
«ПФАС, как известно, трудно разлагаются, независимо от того, находятся ли они в окружающей среде или в организме человека», — сказал доктор Йохан Фостер, доцент кафедры химической и биологической инженерии факультета прикладных наук UBC и соавтор исследования. «Наша система позволит удалять и уничтожать эти вещества в системе водоснабжения до того, как они смогут нанести вред нашему здоровью».
Активированный уголь обычно используется для поглощения ПФАС из питьевой воды из-за его большой площади поверхности и сильного сродства к органическим соединениям. Однако один из недостатков активированного угля заключается в том, что для утилизации адсорбированных химикатов необходимы дополнительные шаги. Поэтому исследователи обратились к разработке средств их уничтожения на месте.
Фотокаталитическая деградация является перспективным способом разрушения PFAS с использованием световой энергии. Различные оксиды металлов появились в последние годы как потенциальные варианты для устранения химикатов под воздействием УФ-излучения. С этой целью исследователи разработали гибридный фотокатализатор из оксида железа/графемового углерода и обнаружили, что он улавливает химикаты PFAS и разлагает их на безвредные компоненты.
«Весь процесс довольно быстрый, в зависимости от того, сколько воды вы обрабатываете», — сказал Фостер. «Мы можем пропустить огромные объемы воды через этот катализатор, и он адсорбирует ПФАС и уничтожит его в быстром двухэтапном процессе. Многие существующие решения могут только адсорбировать, в то время как другие предназначены для уничтожения химикатов. Наша каталитическая система может делать и то, и другое, что делает ее долгосрочным решением проблемы ПФАС, а не просто откладывать ее на потом».
Очевидно, что фотокатализатору для работы нужен свет. Однако исследователи UBC обнаружили, что их система устранения ПФАС не нуждается в таком количестве УФ-излучения, как другие методы. Даже в условиях низкой освещенности их система удалила более 85% перфтороктановой кислоты (ПФОА), одного из наиболее широко используемых и изученных химикатов в группе ПФАС.
«Наш катализатор не ограничен идеальными условиями», — сказал доктор Рафаэль Морейра, профессор Института прикладной и физической химии в Университете Бремена, Германия, который проводил исследование во время работы в UBC, а также руководитель и соавтор исследования. «Его эффективность при различной интенсивности УФ-излучения обеспечивает его применимость в различных условиях, включая регионы с ограниченным воздействием света».
Исследователи считают, что катализатор можно использовать для других загрязняющих веществ, помимо ПФАС.
«Хотя первоначальные эксперименты были сосредоточены на соединениях ПФАС, универсальность катализатора предполагает его потенциал для удаления других типов стойких загрязняющих веществ, предлагая многообещающее решение насущных проблем загрязнения воды», — сказал Морейра.
Они также считают, что катализатор может быть недорогим и эффективным способом очистки как муниципальных, так и промышленных систем водоснабжения. Они изучают его коммерческий потенциал через ReAct Materials, компанию, которую они создали.
«Наш катализатор может устранить до 90% вечных химикатов в воде всего за три часа — значительно быстрее, чем сопоставимые решения на рынке», — сказал Фостер. «И поскольку его можно производить из лесных или фермерских отходов, он более экономичен и устойчив по сравнению с более сложными и дорогостоящими методами, которые используются в настоящее время».
Исследование было опубликовано в журнале Communications Engineering.
