Поскольку вводятся новые экологические нормы, направленные на снижение содержания в питьевой воде давно вышедших из употребления в промышленности длинноцепочечных химических веществ, известных как PFAS, возникают опасения по поводу нового вида "вечных химических веществ", называемых PFAS с короткой цепью. Исследования, проведенные Университетом Иллинойса в Урбана-Шампейн, помогают сместить акцент на смягчении воздействия химических веществ, которые, по словам исследователей, столь же стойкие, более подвижные и их труднее удалить из окружающей среды, чем их длинноцепочечные аналоги.
Исследование, проведенное под руководством профессора химической и биомолекулярной инженерии Сяо Су, использует электросорбцию, а не фильтры и растворители, и сочетает синтез, тестирование разделения и компьютерное моделирование, чтобы помочь разработать электрод, который может притягивать и улавливать ряд короткоцепочечных PFAS из воды окружающей среды. Полученные результаты опубликованы в журнале Журнал Американского химического общества.
"Одна из проблем работы с короткоцепочечными PFAS заключается в том, что они недостаточно хорошо изучены. Мы знаем, что они содержат меньше атомов углерода и фтора, что делает их молекулы короче и, следовательно, более мобильными - или более свободными для взаимодействия в естественной среде", - сказал Су, который сотрудничал с профессором химической и биомолекулярной инженерии Дивакаром Шуклой. "Их электростатические свойства отличаются, и они более гидрофильны, что означает, что они более склонны связываться с молекулами воды. В совокупности эти свойства делают их более трудными для отделения от воды, чем их длинноцепочечные аналоги".
Различия между коротко- и длинноцепочечными PFAS - и между длинноцепочечными PFAS в целом - достаточно значительны, чтобы команда Su переосмыслила ранее разработанный электрод, предназначенный для привлечения, улавливания и уничтожения длинноцепочечных PFAS из окружающей среды и источников питьевой воды. PFAS - это сокращение от перфторалкильных и полифторалкильных веществ.
"Один из способов понять поведение короткоцепочечных PFAS заключается в том, что им не нравится находиться рядом ни с кем, кроме себе подобных", - сказал Су. "Итак, чтобы привлечь их, нам нужно как бы приманить их привитыми группами фтора - "F" в PFAS - на поверхности электрода".
Однако родство - не единственная проблема, сказал Су.
"Длина короткоцепочечных молекул PFAS различна, что придает им различные физические свойства", - сказал Су. "Это означает, что мы должны уметь правильно настраивать электрод, чтобы притягивать и в конечном итоге высвобождать короткоцепочечные PFAS, причем понимание взаимодействий на молекулярном уровне является ключом к успеху".
В исследовании подробно описан тщательный отбор, согласование и триангуляция различных сополимерных материалов для разработки электрода, который может притягивать целый ряд короткоцепочечных PFAS и индуцировать электрическое поле, способствующее высвобождению молекул при необходимости.
Су сказал, что эта работа является важным ранним шагом в удалении короткоцепочечных ПФА из окружающей среды, которые заменили длинноцепочечные ПФА во многих отраслях промышленности.
"Нам еще многое предстоит сделать", - сказал Су. "Будущие исследования будут сосредоточены на соединении электродов, разработанных в этом исследовании, с методами электрохимической деструкции, чтобы обеспечить удаление этих стойких загрязняющих веществ из окружающей среды".
Исследователи из Иллинойса Анайра Роман Сантьяго, Джихо Ли и Йоханнес Элберт руководили экспериментальными исследованиями в рамках работы, а аспирант Сон Ин и Шукла руководили вычислительным моделированием.
Компания 3M, Национальный научный фонд, C3.ai Институт цифровой трансформации и Национальный центр суперкомпьютерных технологий в Иллинойсе поддержали это исследование.
Су связан с Институтом передовой науки и технологий Бекмана, а также является профессором гражданского строительства и охраны окружающей среды в Иллинойсе.
Комментарии