Revolucija u borbi protiv PFAS-a: Ekološki prihvatljiva tehnologija istraživačkog tima sa Sveučilišta Rice

Istraživački tim sa Sveučilišta Rice nedavno je napravio značajan pomak u borbi protiv “zauvijek kemikalija” (PFAS) razvojem prve ekološki prihvatljive tehnologije koja može brzo uhvatiti i razgraditi ove štetne kemikalije u vodi. Rezultati istraživanja, objavljeni u časopisu Napredni materijali, predstavljaju veliki korak prema rješavanju jednog od najtvrdoglavijih problema globalnog onečišćenja.

Odgovornost iza istraživanja

Projekt je vodio Youngkun Chung, postdoktorand pod mentorstvom Michaela S. Wonga, profesora na Riceovoj školi inženjerstva i računarstva George R. Brown. Uz njih su surađivali Seoktae Kang, profesor na Korejskom naprednom institutu za znanost i tehnologiju (KAIST), i Keon-Ham Kim, profesor na Pukyung National University u Južnoj Koreji. Ova međunarodna suradnja bila je ključna za razvoj ovog inovativnog rješenja.

Što su PFAS?

PFAS, ili per- i polifluoroalkilne tvari, umjetno su stvorene kemikalije koje datiraju iz 1940-ih. Koriste se u raznim svakodnevnim proizvodima, uključujući teflonske tave, vodootpornu odjeću i pakiranja hrane. Popularnost PFAS-a proizlazi iz njihove otpornosti na toplinu, masnoću i vodu, no ta trajnost također uzrokuje njihovu sporiju razgradnju u prirodi. Zbog toga ih se često naziva “vječnim kemikalijama”.

PFAS su se proširili u okoliš, a njihova prisutnost zabilježena je u vodi, tlu i zraku širom svijeta. Istraživanja su pokazala povezanost između izlaganja PFAS-u i raznih zdravstvenih problema, kao što su oštećenje jetre, reproduktivni poremećaji, imunološki problemi i određene vrste raka. Čišćenje i uklanjanje ovih kemikalija postao je izazov jer se teško razgrađuju i uklanjaju iz okoliša.

Ograničenja trenutnih metoda uklanjanja PFAS-a

Mnogi od trenutnih pristupa oslanjaju se na adsorpciju, gdje se kemikalije vežu na materijale poput aktivnog ugljena ili smole za ionsku izmjenu. Iako su te metode uobičajene, suočavaju se s brojnim ograničenjima, uključujući nisku učinkovitost, spor rad, ograničen kapacitet i nastajanje sekundarnog kontaminiranog otpada, kojeg je također potrebno obraditi. Wong ističe da su “trenutne metode prespore, neučinkovite i stvaraju sekundarni otpad”, naglašavajući potrebu za održivom i učinkovitijom alternativom.

Inovativni LDH materijal

Nova tehnologija temelji se na slojevitom dvostrukom hidroksidnom (LDH) materijalu napravljenom od bakra i aluminija. Određena verzija tog materijala, koja sadrži nitrat, izuzetno je učinkovita u adsorpciji PFAS-a. Chung je, tijekom svog istraživanja, otkrio da je ovaj LDH materijal uhvatio PFAS više od 1000 puta bolje od drugih materijala, uklanjajući kemikalije unutar nekoliko minuta, što je oko 100 puta brže od standardnih komercijalnih filtera.

Impresivni rezultati ove tehnologije nastaju zahvaljujući dizajnu materijala. Organizirani slojevi bakra i aluminija, zajedno s nerazmjerima naboja, stvaraju izuzetno povoljnu površinu za vezanje molekula PFAS.

Primjena u stvarnom svijetu

Istraživači su testirali LDH materijal u različitim vrstama vode, uključujući riječnu vodu, vodu iz slavine i otpadnu vodu. U svim testovima, sustav je pokazao iznimnu učinkovitost, kako u statičkim uvjetima, tako i u postavkama s kontinuiranim protokom, što sugerira njegovu moguću primjenu u komunalnim sustavima za pročišćavanje vode i industrijskom čišćenju.

Uništavanje i ponovna uporaba PFAS-a

Hvatanje PFAS-a samo je polovica bitke; kemikalije se moraju i sigurno uništiti. Suradnjom s profesorima Rice Pedrom Alvarezom i Jamesom Tourom, Chung je razvio proces termičke razgradnje PFAS-a nakon što su uhvaćene na LDH materijalu. Kada se materijal zagrijava s kalcijevim karbonatom, više od polovice zarobljenog PFAS-a može se ukloniti bez ispuštanja toksičnih nusproizvoda. Ovaj proces također regenerira LDH materijal, omogućavajući njegovo ponovno korištenje.

Rano testiranje pokazuje da ovaj novi sustav može proći kroz najmanje šest ciklusa hvatanja, uništavanja i obnove, čineći ga jednim od prvih ekološki prihvatljivih sustava za uklanjanje PFAS-a, koji kombinira brzo čišćenje s ponovnom uporabom.

Međunarodna suradnja i njen značaj

Wong je izrazio uzbuđenje zbog potencijala ove jedinstvene tehnologije i istaknuo koliko je važno međunarodno surađivati na ovakvim izazovima. Ova inovacija nije samo rezultat istraživanja, već i kreativnosti mladih znanstvenika iz raznih institucija, što pokazuje koliko su kolaboracija i razmjena ideja ključni u znanstvenom radu.

Ova tehnologija može značajno promijeniti način na koji se tretiraju kontaminirane vodene resurse u budućnosti, čineći značajan korak prema čišćem okolišu i zdravijem društvu.