Исследователи под руководством доцента кафедры химической инженерии Астрид Мюллер сосредоточили свое внимание на определенном типе ПФАС, называемом перфтороктановым сульфонатом (ПФОС), который когда-то широко использовался для изготовления стойких к пятнам продуктов, но в настоящее время запрещен во многих странах мира из-за его вреда для здоровья людей и животных. ПФОС по-прежнему широко распространен и устойчив в окружающей среде, несмотря на то, что американские производители постепенно отказались от него в начале 2000-х годов, и продолжает обнаруживаться в системах водоснабжения.

Мюллер и ее команда аспирантов в области материаловедения создали нанокатализаторы, используя ее уникальное сочетание опыта в области сверхбыстрых лазеров, материаловедения, химии и химической инженерии.

"Используя импульсный лазер в жидком синтезе, мы можем контролировать химический состав поверхности этих катализаторов так, как это невозможно сделать традиционными методами мокрой химии", - говорит Мюллер. "Вы можете контролировать размер получаемых наночастиц за счет взаимодействия света и вещества, по сути, разрывая их на части".

Затем ученые приклеивают наночастицы к копировальной бумаге, которая является гидрофильной или притягивается к молекулам воды. Это обеспечивает дешевую подложку с большой площадью поверхности. Используя гидроксид лития в высоких концентрациях, они полностью обесфторили химические вещества ПФОС.

Мюллер говорит, что для того, чтобы процесс работал в больших масштабах, им потребуется обрабатывать по меньшей мере кубический метр за раз. Важно отметить, что в их новом подходе используются все недрагоценные металлы, в отличие от существующих методов, для которых требуется алмаз, легированный бором. По их расчетам, обработка кубометра загрязненной воды с использованием алмаза, легированного бором, обойдется в 8,5 миллиона долларов; новый метод почти в 100 раз дешевле.

Устойчивое использование химических веществ PFAS

В будущих исследованиях Мюллер надеется понять, почему гидроксид лития работает так хорошо и можно ли заменить его еще менее дорогими, более распространенными материалами для дальнейшего снижения стоимости. Она также хочет применить этот метод к целому ряду химических веществ PFAS, которые все еще широко используются, но были связаны с проблемами со здоровьем, начиная от развития у младенцев и заканчивая раком почек.

Мюллер говорит, что, несмотря на их проблемы, прямой запрет всех химикатов и субстанций с PFAS нецелесообразен из-за их полезности не только в потребительских товарах, но и в зеленых технологиях.

"Я бы сказал, что, в конечном счете, многие усилия по декарбонизации - от геотермальных тепловых насосов до эффективного охлаждения и солнечных батарей - зависят от доступности PFAS", - говорит Мюллер. "Я считаю, что можно использовать PFAS круговым, устойчивым способом, если мы сможем использовать электрокаталитические решения для разрушения фторуглеродных связей и безопасного извлечения фторида обратно, не выбрасывая его в окружающую среду".

Хотя до коммерциализации еще далеко, Мюллер подала заявку на патент при поддержке URVentures и предполагает, что он будет использоваться на очистных сооружениях сточных вод и компаниями для очистки загрязненных участков, где они производили эти химические вещества PFAS. Она также называет это вопросом социальной справедливости.

"Часто в районах с более низким уровнем дохода по всему миру наблюдается большее загрязнение окружающей среды", - говорит Мюллер. "Преимущество электрокаталитического подхода заключается в том, что вы можете использовать его распределенным образом с небольшой площадью, используя электроэнергию от солнечных панелей".