化学物質は水と土壌に永久に残ります。 それらは分解されないため、最終的に水や食物に入り、がんや生殖能力の低下などの健康への影響を引き起こします.
先月、米国環境保護庁は、最も一般的な XNUMX つの永久化学物質、PFOA と PFOS を与えることを提案しました。
現在、研究チームは ワシントン大学 PFOA と PFOS を破壊する新しい方法があります。 彼らは、破壊しにくい化学物質を完全に分解するために、高温高圧で形成される超臨界水を使用する新しい原子炉を思いつきました。 この技術は、消火泡に含まれるフォーエバー化学物質などの古いストックを処理し、環境にすでに存在する濃縮されたフォーエバー化学物質を除去し、産業廃棄物を処理する可能性があります。
機械工学の UW 研究准教授である Igor Novosselov 氏は、次のように述べています。 「当社のリアクターは基本的に水を非常に速く加熱しますが、パスタを茹でるときとは異なる方法で水を加熱します。 通常、水は温度を上げると沸騰して水蒸気になります。 そこから、水と蒸気が摂氏 100 度 (212 F) を超えることはありません。」
水を圧縮すると、その平衡が変化し、はるかに高い温度で沸点が得られます。 圧力を上げると、沸騰温度を上げることができます。
水は最終的に液体から蒸気への状態の変化を停止します。 代わりに、水が超臨界相に入る臨界点に到達します。 物質の状態. この場合、水は液体でも気体でもありません。 真ん中のどこかに落ち、境界は少しぼやけています。
水分子 プラズマのような状態の電離粒子に似ています。 これらの部分的に分離された分子は、非常に高い温度と非常に速い速度で振動します。 有機分子は、このような攻撃的で腐食性の高い環境では生き残ることができません。
ノボセロフ氏は、 「PFOS や PFOA など、通常の水中で永久に存続する化学物質は、水中で分解できます。 超臨界水 非常に高い率で。 条件が正しければ、これらの扱いにくい分子は破壊され、中間生成物が残らず、次のような無害な物質のみが生成されます。 二酸化炭素, 水、およびフッ化物塩は、しばしば水道水や歯磨き粉に添加されます。」
「私たちはもともと、破壊するのが難しい化学兵器剤を分解するために設計しました。 原子炉を作るのにXNUMX年かかりました。」
「どうすればそのプレッシャーを維持できるかなど、重要な質問がありました。 原子炉内の圧力は、海面の 200 倍です。 私たちが抱えていた別の質問は、原子炉が点火し、連続モードで指定された温度で動作することをどのように保証するかということでした.」
原子炉はどのように機能しますか?
反応器には、長さ約 400 フィート、直径 752 インチの太いステンレス鋼パイプが入っています。 科学者は、内部の温度を変化させて、化学物質を破壊するために必要な温度を計算できます。 一部の化学薬品は 650 C (1202 F) を必要とし、いくつかは XNUMX C (XNUMX F) を必要とします。
科学者は、パイロット燃料、空気、および除去したい化学物質 (PFOS など) を原子炉の上部にある超臨界水に継続的に導入します。 燃料は結合を超臨界状態に保つために必要な熱を提供し、PFOS はこの攻撃的な媒体と急速に結合します。
全体として、反応時間は XNUMX 分未満です。
ノボセロフ氏は、 「反応器の底で、混合物は冷却され、液体と気体の両方が排出されます。 液相と気相の両方にあるものを分析して、化学物質を破壊したかどうかを測定できます。」
科学者たちは、PFOS と PFOA を使って同じ実験を行いました。 EPA はそれらの両方を規制しています。 PFOA は穏やかな超臨界条件 (約 400 ℃ または 750 F) で消失することがわかりましたが、PFOS は消失しません。 PFOS の破壊を確認するには、摂氏 610 度 (華氏 1130 度) に達するまでかかりました。
その温度では、PFOS とすべての中間体が 30 秒ほどで破壊されました。
PFOS テストでは、PFOA を含むいくつかの中間化合物が低温で発生する可能性があることが明らかになりました。 これらの分解生成物の一部は液相で出現し、恒久的な化学物質を使用する製造施設からの流出物にそれらが含まれている可能性があることを示唆しています. しかし、他の中間体は気相で出てきており、ガスの排出は通常規制されていないため、問題があります。
ノボセロフ と, 「これらの分子にはフッ素が含まれており、これらの種類のガスが温室効果に寄与することがわかっています。 現時点では、ガス汚染をリアルタイムで監視する方法がなく、どれだけ生成されるか、正確な化学組成さえもわかりません。」
「次のステップがいくつかあります。 私たちは原子炉を使って、PFOS と PFOA 以外の他の永久化学物質をどの程度破壊するかを調べてきました。 また、このテクノロジーが実際のシナリオでどの程度うまく機能するかを評価します。」
ジャーナルリファレンス：
- Joanna Li、Igor V.Novosselov、他連続超臨界水酸化反応器における PFOS の破壊。 化学工学ジャーナル。 DOI： 10.1016/j.cej.2022.139063
