Ikuisesti kemikaalit säilyvät vedessä ja maaperässä. Koska ne eivät hajoa, ne päätyvät veteen ja ruokaan, mikä johtaa terveysvaikutuksiin, kuten syöpään, ja heikentää hedelmällisyyttä.
Viime kuussa Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto ehdotti kahden yleisimmän forever-kemikaalin, PFOA:n ja PFOS:n, antamista, mikä antoi tutkijoille mahdollisuuden seurata niitä ja suunnitella puhdistustoimenpiteitä.
Nyt ryhmä tutkijoita Washingtonin yliopisto on uusi tapa tuhota PFOA ja PFOS. He keksivät uuden reaktorin - joka käyttää ylikriittistä vettä, joka muodostuu korkeassa lämpötilassa ja paineessa - hajottaakseen vaikeasti tuhoutuvat kemikaalit kokonaan. Tällä tekniikalla voidaan käsitellä vanhoja varastoja, kuten palonsammutusvaahdossa olevia forever-kemikaaleja, poistaa ympäristössä jo olevia tiivistettyjä forever-kemikaaleja ja käsitellä teollisuusjätteitä.
UW:n konetekniikan apulaisprofessori Igor Novosselov sanoi: ”Reaktorimme lämmittää veden periaatteessa hyvin nopeasti, mutta se lämmittää veden eri tavalla kuin keitettäessä sitä pastaa varten. Tyypillisesti, kun nostat lämpötilaa, vesi kiehuu ja muuttuu höyryksi. Sieltä vesi ja höyry eivät lämpene yli 100 celsiusastetta (212 F).
Veden puristaminen voi muuttaa tätä tasapainoa ja saada kiehumispisteen paljon kuumemmissa lämpötiloissa. Paineen nostaminen voi nostaa kiehumislämpötilaa.
Vesi lakkaa lopulta vaihtamasta tilaa nesteestä höyryksi. Sen sijaan se saavuttaa kriittisen pisteen, jossa vesi siirtyy ylikriittiseen vaiheeseen, erottuvaan aineen tila. Vesi ei ole tässä tapauksessa neste tai kaasu. Se putoaa jonnekin keskelle, ja rajat ovat hieman utuiset.
- vesimolekyylejä muistuttavat ionisoituja hiukkasia plasman kaltaisessa tilassa. Nämä osittain erotetut molekyylit värähtelevät erittäin korkeissa lämpötiloissa ja erittäin nopeasti. Orgaaniset molekyylit eivät voi selviytyä niin aggressiivisessa ja erittäin syövyttävässä ympäristössä.
Novosselov sanoi: "Kemikaalit, jotka säilyvät ikuisesti normaalissa vedessä, kuten PFOS ja PFOA, voivat hajota ylikriittinen vesi erittäin korkealla nopeudella. Jos saamme oikeat olosuhteet, nämä vastahakoiset molekyylit voidaan tuhota, jolloin niistä ei jää jäljelle välituotteita ja saadaan vain vaarattomia aineita, kuten esim. hiilidioksidi, vesija fluoridisuoloja, joita lisätään usein kunnalliseen veteen ja hammastahnaan."
"Suunnittelimme sen alun perin hajottamaan kemiallisia sodankäynnin aineita, joita on myös vaikea tuhota. Reaktorin tekeminen kesti viisi vuotta."
”Oli tärkeitä kysymyksiä, kuten kuinka voimme pitää asiat tuossa paineessa? Reaktorin sisällä paine on 200 kertaa korkeampi kuin merenpinnan tasolla. Toinen kysymys, joka meillä oli, oli: Kuinka varmistamme, että reaktori syttyy ja toimii määrätyssä lämpötilassa jatkuvassa tilassa?
Miten reaktori toimii?
Reaktori sisältää paksun ruostumattomasta teräksestä valmistetun putken, jonka pituus on noin jalka ja halkaisijaltaan tuuma. Tiedemiehet voivat vaihdella lämpötilaa sisällä selvittääkseen, kuinka kuumaksi heidän on mentävä tuhotakseen kemikaalin. Jotkut kemikaalit vaativat 400 C (752 F) ja jotkut 650 C (1202 F).
Tiedemiehet lisäävät jatkuvasti pilottipolttoainetta, ilmaa ja kemikaalia, jonka haluamme poistaa, kuten PFOS:a, ylikriittiseen veteen reaktorin yläosassa. Polttoaine antaa lämpöä, joka tarvitaan pitämään yhdistelmä ylikriittisenä, ja PFOS yhdistyy nopeasti tämän aggressiivisen väliaineen kanssa.
Kaiken kaikkiaan reaktioaika on alle minuutti.
Novosselov sanoi: ”Reaktorin pohjalla seos jäähdytetään, jolloin saadaan sekä neste- että kaasupurkaus. Voimme analysoida, mitä on sekä neste- että kaasufaasissa ja mitata, olemmeko tuhonneet kemikaalin."
Tutkijat suorittivat saman kokeen PFOS:lla ja PFOA:lla. EPA säätelee niitä molempia. Havaittiin, että PFOA häviää lievissä ylikriittisissä olosuhteissa (noin 400 astetta C tai 750 F), mutta PFOS ei. Kesti, kunnes saavutimme 610 astetta C (1130 F) nähdäksemme PFOS:n tuhoutumisen.
Tässä lämpötilassa PFOS ja kaikki välituotteet tuhoutuivat - 30 sekunnissa.
PFOS-testit paljastivat, että useat väliyhdisteet, mukaan lukien PFOA, voivat kehittyä alemmissa lämpötiloissa. Osa näistä hajoamistuotteista ilmaantui nestefaasissa, mikä viittaa siihen, että pysyviä kemikaaleja käyttävien tuotantolaitosten jätevesi saattaa sisältää niitä. Mutta muita välituotteita tulee ulos kaasufaasissa, mikä on ongelmallista, koska kaasupäästöjä ei tyypillisesti säännellä.
Novosselov sanoi, "Nämä molekyylit sisältävät fluoria, ja tiedämme, että tämäntyyppiset kaasut vaikuttavat kasvihuoneilmiöön. Tällä hetkellä meillä ei ole tapaa seurata kaasun saastumista reaaliajassa, emmekä tiedä kuinka paljon tuottaisimme tai edes niiden tarkkaa kemiallista koostumusta."
"Meillä on muutama seuraava vaihe. Olemme käyttäneet reaktoria nähdäksemme, kuinka hyvin se tuhoaa muita forever-kemikaaleja PFOS:n ja PFOA:n lisäksi. Arvioimme myös, kuinka hyvin tämä tekniikka voisi toimia tosielämän skenaarioissa."
Lehden viite:
- Joanna Li, Igor V. Novosselov, et ai. PFOS:n tuhoaminen jatkuvassa ylikriittisessä veden hapetusreaktorissa. Kemiantekniikan lehti. DOI: 10.1016/j.cej.2022.139063
