Материал действует быстро, функционирует в реальных условиях и демонстрирует потенциал для масштабируемой очистки воды.
Загрязнение перфторалкановыми амидами (ПФАС) стало одной из самых серьёзных экологических проблем последнего десятилетия. Эти химикаты присутствуют буквально во всём: от антипригарных покрытий сковородок и водонепроницаемой одежды до промышленных огнетушащих пен.
Со временем ПФАС просачиваются в реки, озёра и грунтовые воды, а затем и в бытовые краны. Исследования обнаружили ПФАС в почве, диких животных и даже в крови человека.
Поскольку они не разлагаются легко, сообщества по всему миру сталкиваются с долгосрочным воздействием этих веществ, имея лишь ограниченные возможности по их удалению из питьевой воды.
Современные системы очистки часто используют активированный уголь или биоуголь.
Эти материалы действуют медленно и обладают ограниченной поглощающей способностью. Во многих случаях они также создают вторичные отходы, требующие отдельной переработки или утилизации.
Поскольку спрос на более быстрые, масштабируемые и чистые методы удаления растет, исследователи стремятся разработать более эффективные технологии.
На этом фоне исследовательская группа разработала материал, который удаляет ПФАС из воды за считанные секунды.
Слоистый двойной гидроксид с интеркалированным нитратом воздействует на перфтороктановую кислоту — одно из наиболее распространенных химических веществ ПФАС, обнаруженных в загрязненных источниках воды.
Материал достиг высокой улавливающей способности в 1702 миллиграмма на грамм, что делает его одним из самых эффективных из известных на сегодняшний день.
ПФАС, которые часто называют вечными химикатами, остаются стойкими, поскольку они не поддаются естественному распаду.
Их прочные связи между углеродом и фтором делают их чрезвычайно стабильными, что также затрудняет их очистку после попадания в водные системы.
Сообщества, живущие в условиях загрязненных грунтовых вод, годами боролись с этой проблемой, поскольку существующие решения могли быть медленными, дорогостоящими или непоследовательными.
вызов ПФАС
Загрязнение ПФАС широко распространено и с трудом поддаётся контролю. Эти химические вещества широко распространены в производственных и потребительских товарах, и после попадания в почву они быстро распространяются в воде и почве.
Их стойкость вызывает опасения по поводу здоровья, включая связь с нарушением иммунитета, некоторыми видами рака и рисками для развития.
По мере того как во всем мире ужесточается тестирование и регулирование, потребность в эффективных инструментах удаления продолжает расти.
Исследователи, разрабатывающие новый материал, намерены устранить эти пробелы.
Их цель состояла в том, чтобы разработать решение, которое работает быстро, удаляет большие объемы загрязнений и остается долговечным.
«Наша цель состояла в том, чтобы создать материал, который улавливал бы ПФАС так быстро, как только с ними сталкивался, оставаясь при этом стабильным и пригодным для повторного использования», — сказал ведущий автор исследования.
Исследователь добавил, что слоистая структура показала лучшие результаты, чем ожидалось.
«Мы были рады увидеть, что эта слоистая структура не только улавливает ПФОА с необычайной эффективностью, но и сохраняет свою целостность во время многократных циклов регенерации».
Как работает материал
Исследовательская группа создала кристаллический слоистый двойной гидроксид CuAl, используя оптимизированный метод гидролиза мочевины.
Точно контролируя pH и соотношение металлов, они создали структуру со слабосвязанными ионами нитрата.
Эти ионы быстро обмениваются с молекулами ПФОК в условиях нейтральной воды, что обеспечивает быстрое удаление без предварительной химической обработки.
Система также работала в установках с непрерывным неподвижным слоем, демонстрируя потенциал для реальных схем фильтрации.
Испытания с образцами природной воды показали стабильные результаты, а не просто контролируемые лабораторные показатели.
Материал сохранил структуру и эксплуатационные характеристики во время регенерации, чего не могут обеспечить многие существующие методы.
Группа отмечает, что процесс регенерации все еще нуждается в доработке, особенно в части уничтожения остатков фтора.
Без улучшений утилизация и долгосрочное управление отходами будут по-прежнему оставаться проблемами.
Даже с учетом этих ограничений исследование знаменует собой многообещающий шаг на пути к масштабируемому лечению ПФАС.
Исследователи полагают, что дальнейший прогресс в области слоистых материалов может способствовать созданию более безопасной и доступной водной инфраструктуры.
При дальнейшем развитии этот материал может стать для местного населения более быстрым, чистым и долговечным решением проблемы загрязнения ПФАС.
Sourse: interestingengineering.com
