Ученые создали катализатор на солнечной энергии для уничтожения «вечных химикатов» в воде и почве
Международная группа исследователей под руководством Университета Бата разработала катализатор на основе углерода, активируемый солнечным светом, который способен разрушать так называемые «вечные химикаты» (PFAS), превращая их в менее опасные побочные продукты, что открывает новые перспективы в борьбе с одной из самых трудноразрешимых проблем загрязнения в мире. Эти химические вещества широко используются в производстве антипригарной посуды, водоотталкивающей одежды, косметики и множества других потребительских и промышленных товаров. Их экстремальная химическая стабильность делает их полезными в производстве, но также и практически неуничтожимыми в окружающей среде. PFAS не подвергаются естественному разложению, а накапливаются в водных системах, почве, пищевых цепочках и организме человека. Хотя полное долгосрочное воздействие на здоровье пока не выяснено, некоторые исследования связывают отдельные типы PFAS с повышенным риском развития рака и другими проблемами со здоровьем.
Новая система объединяет нитрид углерода с жестким микропористым полимером, известным как PIM-1. Полимер помогает удерживать молекулы PFAS вблизи поверхности катализатора, где энергия света запускает их расщепление. При воздействии света фотокатализатор разлагает PFAS на диоксид углерода и фторид — вещество, обычно встречающееся в зубной пасте и являющееся гораздо менее устойчивым, чем исходные соединения. В состав исследовательской группы вошли ученые из Университета Сан-Паулу в Бразилии, Эдинбургского университета в Шотландии и Университета Суонси в Уэльсе. Ключевой особенностью разработки является её эффективность при нейтральном уровне pH, характерном для природных водных систем.
Доктор Фернанда К. О. Л. Мартинс, первый автор исследования, выполнившая эту работу во время шестимесячной стажировки в Университете Бата в рамках своей докторской диссертации в Университете Сан-Паулу, подчеркнула токсичность PFAS, которые накапливаются в организме и окружающей среде, и отметила, что их проект позволил сделать разложение этих веществ более эффективным, особенно в естественных условиях окружающей среды. Использование солнечного света вместо высоких температур или агрессивных химикатов может сделать этот метод значительно более энергоэффективным при масштабировании, хотя на данный момент технология находится на стадии прототипа.
Помимо разрушения PFAS, исследователи полагают, что та же химическая реакция может быть использована и для их обнаружения. Поскольку в процессе деградации выделяется фторид, систему можно адаптировать в датчик, измеряющий уровень фторида как индикатор присутствия PFAS. Профессор Фрэнк Маркен из Университета Бата, руководивший проектом, отметил, что текущие методы обнаружения PFAS очень сложны и требуют дорогостоящего оборудования в специализированных лабораториях. Он выразил надежду, что в будущем их технология сможет лечь в основу простого портативного сенсора для использования вне лаборатории, например, для выявления участков с повышенным уровнем PFAS в окружающей среде.
В настоящее время исследователи ищут промышленных партнеров для масштабирования и оптимизации катализатора для практического применения. В случае успеха эта технология сможет предложить как инструмент для очистки окружающей среды, так и недорогую систему мониторинга для сообществ, столкнувшихся с проблемой загрязнения PFAS.
Исследование было в журнале RSC Advances.