مواد شیمیایی Forever در آب و خاک باقی می مانند. از آنجایی که آنها تجزیه نمی شوند، در آب و غذای ما قرار می گیرند که منجر به اثرات سلامتی مانند سرطان و کاهش باروری می شود.
ماه گذشته، آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده پیشنهاد داد تا دو مورد از رایج ترین مواد شیمیایی برای همیشه به نام های PFOA و PFOS را ارائه دهد که به دانشمندان اجازه می دهد آنها را ردیابی کنند و اقدامات پاکسازی را برنامه ریزی کنند.
اکنون تیمی از محققان در دانشگاه واشنگتن راه جدیدی برای از بین بردن PFOA و PFOS دارد. آنها یک رآکتور جدید ابداع کردند که از آب فوق بحرانی که در دما و فشار بالا تشکیل می شود استفاده می کند تا مواد شیمیایی که به سختی از بین می روند را به طور کامل تجزیه کند. این فناوری ممکن است ذخایر قدیمی مانند مواد شیمیایی برای همیشه در فوم آتش نشانی را تصفیه کند، مواد شیمیایی غلیظ همیشه موجود در محیط را حذف کند و زباله های صنعتی را تصفیه کند.
ایگور نووسلوف، دانشیار پژوهشی مهندسی مکانیک UW، گفت: راکتور ما اساساً آب را خیلی سریع گرم می کند، اما آب را متفاوت از زمانی که آن را برای پاستا می جوشانید، گرم می کند. به طور معمول، هنگامی که دما را افزایش می دهید، آب می جوشد و تبدیل به بخار می شود. از آنجا، آب و بخار گرمتر از 100 درجه سانتیگراد (212 فارنهایت) نمی شوند.
فشرده سازی آب می تواند این تعادل را تغییر دهد و در دماهای بسیار گرمتر به آن نقطه جوش برسد. افزایش فشار می تواند دمای جوش را افزایش دهد.
آب در نهایت تغییر حالت از مایع به بخار را متوقف می کند. در عوض، به نقطه بحرانی می رسد که در آن آب وارد فاز فوق بحرانی می شود حالت ماده. آب در این مورد مایع یا گاز نیست. جایی در وسط می افتد و مرزها کمی مه آلود است.
La مولکول های آب شبیه ذرات یونیزه در حالت پلاسما. این مولکول های نیمه جدا شده در دماهای بسیار بالا و سرعت بسیار سریع نوسان می کنند. مولکول های آلی نمی توانند در چنین محیط تهاجمی و بسیار خورنده زنده بمانند.
نووسلوف گفت، مواد شیمیایی که برای همیشه در آب معمولی زنده می مانند، مانند PFOS و PFOA، می توانند در آب فوق بحرانی با نرخ بسیار بالا اگر شرایط را درست کنیم، این مولکول‌های مقاوم می‌توانند از بین بروند و هیچ محصول واسطه‌ای باقی نگذارند و فقط مواد بی‌ضرر تولید کنند، مانند دی اکسید کربن, آبو نمک های فلوراید که اغلب به آب شهری و خمیردندان اضافه می شوند.
ما در ابتدا آن را برای شکستن عوامل جنگ شیمیایی طراحی کردیم که از بین بردن آنها نیز سخت است. ساخت رآکتور پنج سال طول کشید.»
«سوالات مهمی وجود داشت، از جمله، چگونه می‌توانیم شرایط را در آن فشار نگه داریم؟ در داخل راکتور، فشار 200 برابر بیشتر از سطح دریا است. سوال دیگری که داشتیم این بود: چگونه اطمینان حاصل کنیم که راکتور مشتعل شده و در دمای تعیین شده در حالت پیوسته کار می کند؟
راکتور چگونه کار می کند؟
این راکتور حاوی یک لوله ضخیم فولادی ضد زنگ است که حدود یک فوت طول و یک اینچ قطر دارد. دانشمندان می توانند دمای داخل را تغییر دهند تا بفهمند برای از بین بردن یک ماده شیمیایی چقدر باید گرم شوند. برخی از مواد شیمیایی به 400 درجه سانتیگراد (752 فارنهایت) و برخی 650 درجه سانتیگراد (1202 فارنهایت) نیاز دارند.
دانشمندان به طور مداوم سوخت آزمایشی، هوا و مواد شیمیایی را که می‌خواهیم حذف کنیم، مانند PFOS، وارد آب فوق بحرانی بالای راکتور می‌کنند. سوخت گرمای مورد نیاز برای فوق بحرانی نگه داشتن ترکیب را فراهم می کند و PFOS به سرعت با این محیط تهاجمی ترکیب می شود.
به طور کلی، زمان واکنش کمتر از یک دقیقه است.
نووسلوف گفت، در انتهای راکتور، مخلوط خنک می شود تا هم مایع و هم تخلیه گاز تولید کند. ما می توانیم آنچه را که در فاز مایع و گاز وجود دارد تجزیه و تحلیل کنیم تا اندازه گیری کنیم که آیا این ماده شیمیایی را از بین برده ایم یا خیر.
دانشمندان آزمایش مشابهی را با PFOS و PFOA انجام دادند. EPA هر دوی آنها را تنظیم می کند. مشخص شد که PFOA در شرایط فوق بحرانی خفیف (حدود 400 درجه سانتیگراد یا 750 فارنهایت) از بین می رود، اما PFOS اینطور نیست. طول کشید تا به دمای 610 درجه سانتیگراد (1130 فارنهایت) رسیدیم تا شاهد نابودی PFOS باشیم.
در آن دما، PFOS و تمام واسطه ها در عرض 30 ثانیه نابود شدند.
آزمایش‌های PFOS نشان داد که چندین ترکیب میانی، از جمله PFOA، می‌توانند در دماهای پایین‌تر ایجاد شوند. برخی از این محصولات تجزیه در فاز مایع ظاهر شدند، که نشان می دهد پساب حاصل از تاسیسات تولیدی با استفاده از مواد شیمیایی دائمی ممکن است حاوی آنها باشد. اما سایر واسطه ها در فاز گازی در حال بیرون آمدن هستند، که مشکل ساز است زیرا انتشار گاز معمولاً تنظیم نمی شود.
نووسلوف گفت:, این مولکول ها حاوی فلوئور هستند و ما می دانیم که این نوع گازها به اثرات گلخانه ای کمک می کنند. در حال حاضر، ما راهی برای نظارت بر آلودگی گاز در زمان واقعی نداریم و نمی دانیم چه مقدار و یا حتی ترکیب شیمیایی دقیق آنها را تولید می کنیم.
ما چند مرحله بعدی داریم. ما از راکتور استفاده کرده‌ایم تا ببینیم که این رآکتور چقدر مواد شیمیایی دیگر را به جز PFOS و PFOA از بین می‌برد. ما همچنین ارزیابی می کنیم که این فناوری چقدر می تواند برای سناریوهای دنیای واقعی کار کند."
مرجع مجله:
- جوانا لی، ایگور V.Novosselov، و همکاران. تخریب PFOS در یک راکتور اکسیداسیون آب فوق بحرانی مداوم مجله مهندسی شیمیبه DOI: 10.1016/j.cej.2022.139063
