Substanțele chimice persistă pentru totdeauna în apă și sol. Deoarece nu se descompun, ajung în apa și hrana noastră, ceea ce duce la efecte asupra sănătății, cum ar fi cancerul și scăderea fertilității.
Luna trecută, Agenția pentru Protecția Mediului din SUA a propus acordarea a două dintre cele mai comune substanțe chimice pentru totdeauna, PFOA și PFOS, ceea ce a permis oamenilor de știință să le urmărească și să planifice măsuri de curățare.
Acum o echipă de cercetători de la Universitatea din Washington are o nouă modalitate de a distruge PFOA și PFOS. Au venit cu un nou reactor - care folosește apă supercritică, care se formează la temperatură și presiune ridicată - pentru a descompune complet substanțele chimice greu de distrus. Această tehnologie poate trata stocurile vechi, cum ar fi substanțele chimice pentru totdeauna din spuma de stingere a incendiilor, poate elimina substanțele chimice concentrate pentru totdeauna deja prezente în mediu și poate trata deșeurile industriale.
Igor Novosselov, profesor asociat de cercetare UW de inginerie mecanică, a spus: „Reactorul nostru încălzește apa foarte repede, dar încălzește apa diferit decât atunci când o fierbi pentru paste. De obicei, atunci când creșteți temperatura, apa fierbe și se transformă în abur. De acolo, apa și aburul nu devin mai fierbinți de 100 de grade Celsius (212 F).”
Comprimarea apei poate schimba acel echilibru și poate obține acel punct de fierbere la temperaturi mult mai calde. Creșterea presiunii poate crește temperatura de fierbere.
În cele din urmă, apa nu va mai schimba starea de la lichid la vapori. În schimb, ajunge într-un punct critic în care apa intră în faza supercritică, un distinct stare a materiei. Apa nu este un lichid sau un gaz în acest caz. Cade undeva la mijloc, iar granițele sunt puțin încețoșate.
molecule de apă seamănă cu particule ionizate într-o stare asemănătoare plasmei. Aceste molecule parțial separate oscilează la temperaturi foarte ridicate și viteze foarte rapide. Moleculele organice nu pot supraviețui într-un mediu atât de agresiv și foarte coroziv.
Novosselov a spus: „Sustanțele chimice care supraviețuiesc pentru totdeauna în apa normală, cum ar fi PFOS și PFOA, pot fi descompuse în apă supercritică la o rată foarte mare. Dacă obținem condițiile corecte, aceste molecule recalcitrante pot fi distruse, fără a lăsa produse intermediare și dând doar substanțe inofensive, cum ar fi dioxid de carbon, de apăși săruri cu fluor, adesea adăugate în apa municipală și în pasta de dinți.”
„Am proiectat-o inițial pentru a descompune agenții de război chimic, care sunt, de asemenea, greu de distrus. Ne-a luat cinci ani să facem reactorul.”
„Au fost întrebări semnificative, cum ar fi, cum menținem lucrurile sub această presiune? În interiorul reactorului, presiunea este de 200 de ori mai mare decât la nivelul mării. O altă întrebare pe care am avut-o a fost: Cum ne asigurăm că reactorul se aprinde și funcționează la o temperatură stabilită în mod continuu?
Cum funcționează reactorul?
Reactorul conține o țeavă groasă de oțel inoxidabil de aproximativ un picior lungime și un inch în diametru. Oamenii de știință pot varia temperatura din interior pentru a-și da seama cât de cald trebuie să treacă pentru a distruge o substanță chimică. Unele substanțe chimice necesită 400 C (752 F) și unele 650 C (1202 F).
Oamenii de știință introduc continuu combustibil pilot, aer și substanța chimică pe care dorim să le eliminăm, precum PFOS, în apa supercritică din partea de sus a reactorului. Combustibilul oferă căldura necesară pentru a menține combinația supercritică, iar PFOS se combină rapid cu acest mediu agresiv.
În general, timpul de reacție este mai mic de un minut.
Novosselov a spus: „În partea de jos a reactorului, amestecul este răcit pentru a produce atât descărcare lichidă, cât și gazoasă. Putem analiza ce este atât în faza lichidă, cât și în cea gazoasă pentru a măsura dacă am distrus substanța chimică.”
Oamenii de știință au efectuat același experiment cu PFOS și PFOA. EPA le reglementează pe amândouă. S-a descoperit că PFOA dispare în condiții supercritice ușoare (aproximativ 400 grade C sau 750 F), dar PFOS nu. A durat până am ajuns la 610 grade C (1130 F) pentru a vedea distrugerea PFOS.
La acea temperatură, PFOS și toți intermediarii au fost distruși - în doar 30 de secunde.
Testele PFOS au arătat că mai mulți compuși intermediari, inclusiv PFOA, se pot dezvolta la temperaturi mai scăzute. Unele dintre aceste produse de degradare au apărut în fază lichidă, ceea ce sugerează că efluenții din fabricile de producție care utilizează substanțe chimice permanente le pot conține. Dar alți intermediari ies în faza gazului, ceea ce este problematic deoarece emisiile de gaze nu sunt de obicei reglementate.
Novosselov a spus, „Aceste molecule conțin fluor și știm că aceste tipuri de gaze contribuie la efectele de seră. În acest moment, nu avem o modalitate de a monitoriza poluarea cu gaze în timp real și nu știm cât de mult am produce sau chiar compoziția lor chimică exactă.”
„Avem câțiva pași următori. Am folosit reactorul pentru a vedea cât de bine distruge alte substanțe chimice pentru totdeauna, în afară de PFOS și PFOA. De asemenea, evaluăm cât de bine ar putea funcționa această tehnologie pentru scenarii din lumea reală.”
Referința jurnalului:
- Joanna Li, Igor V.Novossov, et al. Distrugerea PFOS într-un reactor continuu de oxidare a apei supercritice. Jurnalul de inginerie chimică. DOI: 10.1016/j.cej.2022.139063
