ПФАС - это синтетические соединения в различных потребительских товарах, которые ценятся за их термостойкость, водо- и маслостойкость. Однако их химическая стабильность делает их стойкими в окружающей среде, загрязняя источники водоснабжения и создавая значительные риски для здоровья, включая рак и нарушения иммунной системы. Традиционные методы утилизации ПФАС являются дорогостоящими, энергоемкими и часто приводят к образованию вторичных загрязняющих веществ, что вызывает необходимость в инновационных решениях, которые являются более эффективными и безвредными для окружающей среды.

"Наш метод не просто уничтожает эти опасные химические вещества; он превращает отходы во что-то ценное", - сказал Тур. "Перерабатывая отработанный углерод в графен, мы создали процесс, который не только полезен для окружающей среды, но и экономически жизнеспособен, помогая компенсировать затраты на восстановление".

Для решения этих задач исследовательская группа использует мгновенный джоулев нагрев (FJH). Комбинируя гранулированный активированный уголь (GAC), насыщенный PFAS, и минерализующие вещества, такие как соли натрия или кальция, исследователи приложили высокое напряжение для создания температур, превышающих 3000 градусов Цельсия, менее чем за одну секунду. Интенсивное нагревание разрушает прочные связи углерод-фтор в PFAS, превращая их в инертные, нетоксичные соли фтора. Одновременно GAC перерабатывается в графен, ценный материал, используемый в самых разных отраслях промышленности - от электроники до строительства.

Результаты исследований показали эффективность дефторирования более чем на 96% и удаление перфтороктановой кислоты (PFOA), одного из наиболее распространенных загрязнителей PFAS, на 99,98%. Аналитические тесты подтвердили, что в результате реакции образуются неопределяемые количества вредных летучих органических фторидов, которые являются распространенным побочным продуктом других обработок PFAS. Этот метод также устраняет вторичные отходы, связанные с традиционными методами утилизации, такими как сжигание или добавление отработанного углерода на свалки.

"Этот подход двойного назначения меняет правила игры", - сказал Скотленд. "Это превращает отходы в ресурс, обеспечивая при этом масштабируемое и экономически эффективное решение насущной экологической проблемы".

Результаты этого исследования выходят за рамки PFOA и перфтороктановой сульфокислоты, двух наиболее изученных PFAS; оно работает даже с наиболее стойким типом PFAS, Teflon R. Высокие температуры, достигаемые при FJH, позволяют предположить, что этот метод может разлагать широкий спектр соединений PFAS, прокладывая путь для более широкого применения в области очистки воды и обращения с отходами. Процесс FJH также может быть адаптирован для получения других ценных материалов на основе углерода, включая углеродные нанотрубки и наноалмазы, что еще больше повышает его универсальность и экономическую привлекательность.

"Обещая нулевые чистые затраты, масштабируемость и экологические преимущества, наш метод представляет собой шаг вперед в борьбе с химикатами forever", - заявили в Scotland. "Поскольку опасения по поводу загрязнения PFAS продолжают расти, этот прорыв дает надежду на сохранение качества воды и охрану здоровья населения во всем мире".

Соавторами исследования из Rice являются Кевин Висс, Йи Ченг, Лукас Эдди, Джейкоб Бекхэм, Джастин Шарп, Тенгда Си, Бинг Дэн и Майкл Вонг с химического факультета; Янгкун Чунг, Бо Ванг и Хуан Доносо с факультета химической и биомолекулярной инженерии; Чи Хун Чой, Имо Хан, Борис Якобсон и Юфэн Чжао из департамента материаловедения и наноинженерии; и Ю-И Шен и Мэйсон Томсон из департамента гражданского строительства и охраны окружающей среды. Среди дополнительных соавторов - Сара Грейс Зеттерхолм и Кристофер Григгс из Центра инженерных исследований и разработок армии США.

Исследование финансировалось Управлением научных исследований ВВС, Инженерным корпусом армии США, программой стипендий для аспирантов Национального научного фонда, стипендией Стауффера-Ротвелла и стипендией Академии Райс.