دانشمندان دانشگاه روچستر روش های الکتروشیمیایی جدیدی را برای پاکسازی همیشگی آلودگی مواد شیمیایی موجود در لباس، بسته بندی مواد غذایی، فوم های آتش نشانی و طیف گسترده ای از محصولات توسعه داده اند. مطالعه جدید Journal of Catalysis نانوکاتالیست‌هایی را توصیف می‌کند که برای اصلاح مواد پِر و پلی فلوروآلکیل(per- and polyfluoroalkyl substances)، معروف به PFAS، توسعه یافته‌اند.
محققان به سرپرستی استادیار مهندسی شیمی آسترید مولر، بر روی نوع خاصی از PFAS به نام سولفونات پرفلوئورواکتان (PFOS) تمرکز کردند که زمانی به طور گسترده برای محصولات مقاوم در برابر لک استفاده می شد، اما اکنون در بسیاری از نقاط جهان به دلیل آسیب رساندن به آن ممنوع شده است. سلامت انسان و حیوان PFOS هنوز در محیط زیست گسترده و پایدار است، علیرغم اینکه تولیدکنندگان آمریکایی در اوایل دهه 2000 آن را حذف کردند و همچنان در منابع آب ظاهر می شوند.
مولر و تیم او از دانشجویان دکترای علوم مواد، نانوکاتالیست‌ها را با استفاده از ترکیب منحصربه‌فرد تخصص او در لیزرهای فوق سریع، علم مواد، شیمی و مهندسی شیمی ایجاد کردند.
مولر می گوید: “با استفاده از لیزر پالسی در سنتز مایع، ما می توانیم شیمی سطح این کاتالیزورها را به روشی کنترل کنیم که در روش های شیمی سنتی نمی توان انجام داد.” شما می توانید اندازه نانوذرات حاصل را از طریق برهمکنش نور-ماده کنترل کنید و اساساً آنها را از هم جدا کنید.
سپس دانشمندان نانوذرات را به کاغذ کربنی می‌چسبانند که آبدوست یا جذب مولکول‌های آب است. این یک بستر ارزان با سطح بالایی را فراهم می کند. آنها با استفاده از هیدروکسید لیتیوم در غلظت های بالا، مواد شیمیایی PFOS را به طور کامل فلوئور زدایی کردند.
مولر می گوید که برای اینکه این فرآیند در مقیاس بزرگ کار کند، آنها باید حداقل یک متر مکعب را در یک زمان تصفیه کنند. مهمتر از همه، رویکرد جدید آنها بر خلاف روش‌های موجود که به الماس دوپ شده با بور نیاز دارند، از تمام فلزات غیر قیمتی استفاده می‌کند. بر اساس محاسبات آنها، تصفیه یک متر مکعب آب آلوده با استفاده از الماس دوپ شده با بور 8.5 میلیون دلار هزینه دارد. روش جدید نزدیک به 100 برابر ارزان تر است.
مهار مواد شیمیایی PFAS به روش های پایدار
در مطالعات آتی، مولر امیدوار است که بفهمد چرا هیدروکسید لیتیوم اینقدر خوب عمل می کند و آیا می توان حتی مواد ارزان تر و فراوان تر را جایگزین کرد تا هزینه ها را کاهش دهد. او همچنین می‌خواهد این روش را برای مجموعه‌ای از مواد شیمیایی PFAS که هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند اما با مشکلات سلامتی از رشد در نوزادان تا سرطان کلیه مرتبط هستند، اعمال کند.
مولر می گوید که علیرغم مشکلات آنها، ممنوعیت تمام مواد شیمیایی و مواد PFAS به دلیل مفید بودن آنها نه تنها در محصولات مصرفی، بلکه در فناوری های سبز نیز عملی نیست.
مولر می‌گوید: «من می‌توانم استدلال کنم که در پایان، بسیاری از تلاش‌های کربن‌زدایی – از پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی گرفته تا تبرید کارآمد و سلول‌های خورشیدی – به در دسترس بودن PFAS بستگی دارد. من معتقدم اگر بتوانیم از راه حل های الکتروکاتالیستی برای شکستن پیوندهای فلوئوروکربن و بازگرداندن ایمن فلوراید بدون وارد کردن آن به محیط استفاده کنیم، می توان از PFAS به روش دایره ای و پایدار استفاده کرد.
اگرچه تجاری‌سازی فاصله زیادی دارد، مولر با پشتیبانی URVentures یک حق اختراع به ثبت رساند و پیش‌بینی می‌کند که از آن در تأسیسات تصفیه فاضلاب و شرکت‌ها برای پاکسازی مکان‌های آلوده که در آن مواد شیمیایی PFAS را تولید می‌کردند، استفاده شود. او همچنین آن را یک مسئله عدالت اجتماعی می نامد.
Materials provided by University of Rochester. Original written by Luke Auburn. Note: Content may be edited for style and length.
