Химические вещества Forever сохраняются в воде и почве. Поскольку они не разлагаются, они попадают в нашу воду и пищу, что приводит к таким последствиям для здоровья, как рак и снижение фертильности.
В прошлом месяце Агентство по охране окружающей среды США предложило предоставить два наиболее распространенных химиката навсегда, ПФОК и ПФОС, что позволило ученым отслеживать их и планировать меры по очистке.
Сейчас группа исследователей из Университет Вашингтона имеет новый способ уничтожить PFOA и PFOS. Они придумали новый реактор, в котором используется сверхкритическая вода, образующаяся при высокой температуре и давлении, для полного разрушения трудноуничтожаемых химикатов. Эта технология может обрабатывать старые запасы, такие как химические вещества навсегда в пене для пожаротушения, удалять концентрированные химические вещества навсегда, уже присутствующие в окружающей среде, и перерабатывать промышленные отходы.
Игорь Новоселов, доцент кафедры машиностроения Университета Вашингтона, сказал: «Наш реактор в основном нагревает воду очень быстро, но он нагревает воду иначе, чем когда вы кипятите ее для макарон. Обычно при повышении температуры вода закипает и превращается в пар. Оттуда вода и пар не нагреваются выше 100 градусов по Цельсию (212 F)».
Сжатие воды может сместить это равновесие и достичь точки кипения при гораздо более высоких температурах. Повышение давления может увеличить температуру кипения.
В конце концов вода перестанет менять свое состояние с жидкого на парообразное. Вместо этого она достигает критической точки, когда вода переходит в сверхкритическую фазу. состояние материи. Вода в данном случае не является жидкостью или газом. Он находится где-то посередине, и границы немного размыты.
Ассоциация молекулы воды напоминают ионизированные частицы в плазмоподобном состоянии. Эти частично разделенные молекулы колеблются при очень высоких температурах и очень высоких скоростях. Органические молекулы не могут выжить в такой агрессивной и коррозионно-активной среде.
Новоселов сказал, «Химические вещества, которые вечно сохраняются в обычной воде, такие как ПФОС и ПФОК, могут быть расщеплены в сверхкритическая вода по очень высокой ставке. Если мы создадим правильные условия, эти непокорные молекулы можно разрушить, не оставив промежуточных продуктов и дав только безвредные вещества, такие как двуокись углерода, воды, и соли фтора, часто добавляемые в муниципальную воду и зубную пасту».
«Изначально мы разработали его для разрушения боевых отравляющих веществ, которые также трудно уничтожить. На изготовление реактора у нас ушло пять лет».
«Были важные вопросы, например, как нам удержать ситуацию под таким давлением? Внутри реактора давление в 200 раз выше, чем на уровне моря. Еще один вопрос, который у нас был: как обеспечить запуск реактора и его работу при заданной температуре в непрерывном режиме?»
Как работает реактор?
Реактор содержит толстую трубу из нержавеющей стали длиной около фута и диаметром в дюйм. Ученые могут изменять температуру внутри, чтобы выяснить, насколько горячими они должны быть, чтобы разрушить химическое вещество. Для некоторых химикатов требуется 400°C (752°F), а для некоторых 650°C (1202°F).
Ученые постоянно добавляют пробное топливо, воздух и химические вещества, которые мы хотим удалить, такие как ПФОС, в сверхкритическую воду в верхней части реактора. Топливо обеспечивает тепло, необходимое для поддержания сверхкритического состояния комбинации, и ПФОС быстро соединяется с этой агрессивной средой.
В целом время реакции составляет менее минуты.
Новоселов сказал, «В нижней части реактора смесь охлаждается, чтобы получить как жидкий, так и газообразный выброс. Мы можем проанализировать, что находится как в жидкой, так и в газовой фазах, чтобы определить, уничтожили ли мы химическое вещество».
Ученые провели такой же эксперимент с ПФОС и ПФОК. EPA регулирует их обоих. Было обнаружено, что ПФОК исчезает при умеренных сверхкритических условиях (около 400 градусов по Цельсию или 750 по Фаренгейту), а ПФОС — нет. Пока мы не достигли 610 градусов по Цельсию (1130 по Фаренгейту), мы увидели разрушение ПФОС.
При такой температуре ПФОС и все промежуточные продукты разрушались в течение 30 секунд.
Испытания ПФОС показали, что некоторые промежуточные соединения, включая ПФОК, могут образовываться при более низких температурах. Некоторые из этих продуктов разложения образовались в жидкой фазе, что позволяет предположить, что они могут содержаться в сточных водах производственных предприятий, использующих химические вещества постоянного действия. Но другие промежуточные продукты выходят в газовой фазе, что проблематично, поскольку выбросы газа обычно не регулируются.
Новоселов — сказал, «Эти молекулы содержат фтор, и мы знаем, что эти типы газов способствуют парниковому эффекту. Прямо сейчас у нас нет возможности отслеживать загрязнение газами в режиме реального времени, и мы не знаем, сколько мы будем производить или даже их точный химический состав».
«У нас есть несколько следующих шагов. Мы использовали реактор, чтобы увидеть, насколько хорошо он уничтожает другие навсегда химические вещества, помимо ПФОС и ПФОК. Мы также оцениваем, насколько хорошо эта технология может работать в реальных сценариях».
Справочник журнала:
- Джоанна Ли, Игорь Новоселов и др. Деструкция ПФОС в реакторе непрерывного окисления сверхкритической воды. Журнал химического машиностроения, DOI: 10.1016/j.cej.2022.139063
