Mokslininkai sukūrė katalizatorių, veikiantį saulės šviesa ir galintį suskaidyti vadinamąsias „amžinąsias“ chemines medžiagas į mažiau kenksmingus junginius. Tai gali tapti nauju būdu kovoti su viena iš atkakliausių aplinkos taršos problemų.
Tarptautinė tyrėjų komanda, vadovaujama „University of Bath“, sukūrė anglies pagrindo fotokatalizatorių, skirtą polifluoroalkilo medžiagoms (PFAS) skaidyti.
Šios cheminės medžiagos plačiai naudojamos gaminant nepridegančias keptuves, vandeniui atsparius audinius, kosmetiką ir daugybę kitų buitinių bei pramoninių gaminių.
Kas daro PFAS tokias pavojingas?
Ypatingas PFAS cheminis stabilumas yra naudingas gamyboje, tačiau dėl jo šias medžiagas beveik neįmanoma suskaidyti aplinkoje.
PFAS natūraliai nesuyra – jos kaupiasi vandens telkiniuose, dirvožemyje, maisto grandinėje ir žmogaus organizme.
Nors ilgalaikis jų poveikis dar nėra iki galo ištirtas, kai kurie tyrimai susiejo tam tikras PFAS grupes su padidėjusia vėžio rizika ir kitomis sveikatos problemomis.
Naujoji sistema sujungia anglies nitridą ir standų mikroporinį polimerą PIM-1. Šis polimeras padeda „pagauti“ PFAS molekules arti katalizatoriaus paviršiaus, kur šviesos energija paskatina jų skaidymąsi.
Saulės šviesa varomas cheminis skaidymas
Apšvietus fotokatalizatorių, PFAS suskaidomos į anglies dioksidą ir fluoridą. Fluoridas, plačiai naudojamas, pavyzdžiui, dantų pastose, yra gerokai mažiau patvarus aplinkoje nei PFAS.
Tyrime dalyvavo mokslininkai iš „University of São Paulo“ (Brazilija), „University of Edinburgh“ (Škotija) ir „Swansea University“ (Velsas).
Katalizatorius sukurtas taip, kad efektyviai veiktų esant neutraliam pH – tokiam, koks būdingas natūralioms vandens sistemoms.
Darbo pirmoji autorė dr. Fernanda C. O. L. Martins prie projekto dirbo šešių mėnesių stažuotės „University of Bath“ metu, studijuodama doktorantūroje „University of São Paulo“.
„PFAS naudojamos daugelyje gaminių – nuo neperšlampančių drabužių iki lūpų dažų, tačiau laikui bėgant jos kaupiasi organizme ir aplinkoje, sukeldamos toksinį poveikį.
Mūsų projekte sujungėme lengvai pagaminamą anglies pagrindo katalizatorių su polimeru PIM-1, kad PFAS skaidymas būtų efektyvesnis, ypač esant neutraliam pH, kuris būdingas natūraliai aplinkai“, – teigė mokslininkė.
Saulės šviesos, o ne aukštos temperatūros ar agresyvių cheminių medžiagų naudojimas gali padėti šią technologiją paversti kur kas energetiškai efektyvesniu sprendimu, jei pavyktų ją pritaikyti didesniu mastu. Šiuo metu tai dar tik prototipas.
Kelias į nešiojamuosius PFAS jutiklius
Mokslininkų komanda mano, kad ta pati cheminė sistema galėtų būti naudojama ir PFAS aptikimui. Kadangi skaidymo metu išsiskiria fluoridas, šią technologiją būtų galima pritaikyti jutikliams, kurie pagal fluorido kiekį nustatytų PFAS buvimą.
Projektui vadovavo prof. Frankas Markenas iš „University of Bath“ Chemijos katedros ir Tvarumo bei klimato kaitos instituto.
„Šiuo metu PFAS aptikti yra labai sudėtinga – tam reikia brangios įrangos ir specializuotų laboratorijų.
Tikimės, kad ateityje mūsų technologija galėtų būti naudojama paprastame nešiojamajame jutiklyje, kurį būtų galima naudoti už laboratorijos ribų, pavyzdžiui, nustatant didesnę PFAS koncentraciją aplinkoje“, – sakė profesorius.
Šiuo metu tyrėjai ieško pramonės partnerių, galinčių padėti išplėsti ir optimizuoti katalizatorių realiam naudojimui. Jei tai pavyktų, ši technologija galėtų tapti ir valymo priemone, ir nebrangia stebėsenos sistema bendruomenėms, susiduriančioms su PFAS tarša.
