영원히 화학 물질은 물과 토양에 남아 있습니다. 분해되지 않기 때문에 결국 우리의 물과 음식에 들어가 암과 같은 건강상의 영향을 미치고 출산율이 감소합니다.
지난 달 미국 환경보호국(EPA)은 과학자들이 이를 추적하고 정화 조치를 계획할 수 있도록 가장 흔한 두 가지 영구 화학물질인 PFOA와 PFOS를 제공할 것을 제안했습니다.
이제 연구팀은 워싱턴 대학 PFOA와 PFOS를 파괴하는 새로운 방법이 있습니다. 고온, 고압에서 생성되는 초임계수를 이용해 파괴하기 어려운 화학물질을 완벽하게 분해하는 새로운 원자로를 고안했다. 이 기술은 소방용 폼의 포에버 화학 물질과 같은 오래된 물질을 처리하고, 이미 환경에 존재하는 농축된 포에버 화학 물질을 제거하고, 산업 폐기물을 처리할 수 있습니다.
UW 기계공학과 연구 부교수인 Igor Novosselov는 다음과 같이 말했습니다. “우리 원자로는 기본적으로 물을 매우 빠르게 가열하지만 파스타를 끓일 때와는 다르게 물을 가열합니다. 일반적으로 온도를 높이면 물이 끓고 수증기로 변합니다. 거기에서 물과 증기는 섭씨 100도(212F)보다 더 뜨거워지지 않습니다.”
물을 압축하면 평형 상태가 바뀌고 훨씬 더 높은 온도에서 끓는점을 얻을 수 있습니다. 압력을 높이면 끓는점 온도가 높아질 수 있습니다.
물은 결국 액체에서 증기로의 상태 변화를 멈추게 됩니다. 대신에 물이 초임계 단계에 진입하는 임계점에 도달합니다. 물질의 상태. 이 경우 물은 액체나 기체가 아닙니다. 중간 어딘가에 있고 경계가 약간 흐릿합니다.
XNUMXD덴탈의 물 분자 플라즈마와 같은 상태의 이온화된 입자와 유사합니다. 이렇게 부분적으로 분리된 분자는 매우 높은 온도와 매우 빠른 속도로 진동합니다. 유기 분자는 공격적이고 부식성이 높은 환경에서 생존할 수 없습니다.
노보셀로프는 말했다. “PFOS, PFOA 등 일반 물에서 영원히 생존하는 화학물질은 물 속에서 분해될 수 있습니다. 초임계수 매우 높은 비율로. 조건을 올바르게 맞추면 이러한 난분해성 분자가 파괴되어 중간 생성물이 남지 않고 다음과 같은 무해한 물질만 생성될 수 있습니다. 이산화탄소, 물, 불소염은 종종 도시 물과 치약에 첨가됩니다.”
“우리는 원래 파괴하기 어려운 화학전 물질을 분해하기 위해 설계했습니다. 원자로를 만드는 데 XNUMX년이 걸렸습니다.”
“우리가 어떻게 그런 압박감을 유지하는가?와 같은 중요한 질문이 있었습니다. 원자로 내부의 압력은 해수면보다 200배나 높습니다. 우리가 가졌던 또 다른 질문은 원자로가 연속 모드에서 지정된 온도에서 점화되고 작동하도록 어떻게 보장할 수 있느냐는 것이었습니다.”
원자로는 어떻게 작동하나요?
원자로에는 길이 400피트, 직경 752인치 정도의 두꺼운 스테인리스 스틸 파이프가 포함되어 있습니다. 과학자들은 화학물질을 파괴하기 위해 얼마나 뜨거워져야 하는지 알아내기 위해 내부 온도를 다양하게 할 수 있습니다. 일부 화학물질은 650C(1202F)가 필요하고 일부는 XNUMXC(XNUMXF)가 필요합니다.
과학자들은 파일럿 연료, 공기 및 PFOS와 같이 제거하려는 화학 물질을 원자로 상단의 초임계수에 지속적으로 도입합니다. 연료는 조합을 초임계로 유지하는 데 필요한 열을 제공하며 PFOS는 이 공격적인 매체와 빠르게 결합합니다.
전체적으로 반응시간은 XNUMX분도 안걸립니다.
노보셀로프는 말했다. “반응기 바닥에서 혼합물이 냉각되어 액체와 기체가 배출됩니다. 우리는 액체 상태와 기체 상태 모두에 무엇이 있는지 분석하여 화학 물질이 파괴되었는지 여부를 측정할 수 있습니다.”
과학자들은 PFOS와 PFOA에 대해 동일한 실험을 수행했습니다. EPA는 이 두 가지를 모두 규제합니다. PFOA는 약한 초임계 조건(약 400°C 또는 750F)에서 사라지지만 PFOS는 그렇지 않은 것으로 나타났습니다. PFOS가 파괴되는 것을 보려면 섭씨 610도(화씨 1130도)에 도달할 때까지 시간이 걸렸습니다.
해당 온도에서 PFOS와 모든 중간체는 30초 만에 파괴되었습니다.
PFOS 테스트 결과 PFOA를 포함한 여러 중간 화합물이 더 낮은 온도에서 발생할 수 있는 것으로 나타났습니다. 이러한 분해 생성물 중 일부는 액체 상태로 나타났으며, 이는 영구 화학 물질을 사용하는 제조 시설에서 배출되는 유출물에 이러한 분해 생성물이 포함될 수 있음을 시사합니다. 그러나 다른 중간체는 기체 상태로 나오고 있는데, 이는 기체 배출이 일반적으로 규제되지 않기 때문에 문제가 됩니다.
노보셀로프 말했다, “이러한 분자에는 불소가 포함되어 있으며 이러한 유형의 가스가 온실 효과에 영향을 미친다는 것을 알고 있습니다. 현재로서는 가스 오염을 실시간으로 모니터링할 수 있는 방법이 없으며, 우리가 얼마나 생산할지, 심지어 가스의 정확한 화학 성분조차 알 수 없습니다.”
“다음 단계가 몇 가지 있습니다. 우리는 원자로를 사용하여 PFOS와 PFOA 외에 다른 영구 화학 물질을 얼마나 잘 파괴하는지 확인했습니다. 우리는 또한 이 기술이 실제 시나리오에서 얼마나 잘 작동할 수 있는지 평가합니다.”
저널 참조 :
- Joanna Li, Igor V.Novosselov 등. 연속 초임계수 산화 반응기에서 PFOS 파괴. 화학 공학 저널. DOI : 10.1016/j.cej.2022.139063
