สารเคมีคงอยู่ตลอดไปในน้ำและดิน เนื่องจากพวกมันไม่แตกสลาย พวกมันจึงไปอยู่ในน้ำและอาหารของเรา ซึ่งนำไปสู่ผลกระทบต่อสุขภาพ เช่น มะเร็ง และภาวะเจริญพันธุ์ลดลง
เมื่อเดือนที่แล้ว สำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกาได้เสนอให้มอบสารเคมีถาวรสองชนิดที่ใช้บ่อยที่สุด ได้แก่ PFOA และ PFOS ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถติดตามสารเคมีเหล่านี้และวางแผนมาตรการทำความสะอาดได้
ตอนนี้ทีมนักวิจัยที่ มหาวิทยาลัยวอชิงตัน มีวิธีใหม่ในการทำลาย PFOA และ PFOS พวกเขาได้คิดค้นเครื่องปฏิกรณ์ใหม่ที่ใช้น้ำวิกฤตยิ่งยวด ซึ่งก่อตัวขึ้นที่อุณหภูมิและความดันสูง เพื่อสลายสารเคมีที่ยากต่อการทำลายอย่างสมบูรณ์ เทคโนโลยีนี้อาจบำบัดของเก่า เช่น สารเคมีตกค้างในโฟมดับเพลิง กำจัดสารเคมีที่มีความเข้มข้นถาวรถาวรที่มีอยู่ในสิ่งแวดล้อมแล้ว และบำบัดของเสียจากอุตสาหกรรม
Igor Novosselov รองศาสตราจารย์ด้านการวิจัยด้านวิศวกรรมเครื่องกลของ UW กล่าวว่า “โดยพื้นฐานแล้ว เครื่องปฏิกรณ์ของเราให้ความร้อนแก่น้ำเร็วมาก แต่มันให้ความร้อนกับน้ำต่างจากตอนที่คุณต้มเพื่อทำพาสต้า โดยปกติ เมื่อคุณเพิ่มอุณหภูมิ น้ำจะเดือดและเปลี่ยนเป็นไอน้ำ จากนั้นน้ำและไอน้ำจะไม่ร้อนเกิน 100 องศาเซลเซียส (212 F)”
การบีบอัดน้ำสามารถเปลี่ยนสมดุลและรับจุดเดือดที่อุณหภูมิที่ร้อนกว่ามาก การเพิ่มความดันสามารถเพิ่มอุณหภูมิการเดือดได้
ในที่สุดน้ำจะหยุดเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นไอ แต่จะถึงจุดวิกฤตที่น้ำเข้าสู่ช่วงวิกฤตยิ่งยวด สถานะของเรื่อง. น้ำไม่ใช่ของเหลวหรือก๊าซในกรณีนี้ มันตกอยู่ตรงกลางและขอบเขตมีหมอกเล็กน้อย
พื้นที่ โมเลกุลของน้ำ มีลักษณะคล้ายอนุภาคไอออไนซ์ในสถานะคล้ายพลาสมา โมเลกุลที่แยกออกบางส่วนเหล่านี้จะสั่นที่อุณหภูมิสูงมากและมีอัตราที่รวดเร็วมาก โมเลกุลอินทรีย์ไม่สามารถอยู่รอดได้ในสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าวและมีฤทธิ์กัดกร่อนสูง
โนวอสเซลอฟกล่าวว่า “สารเคมีที่คงอยู่ตลอดไปในน้ำธรรมดา เช่น PFOS และ PFOA สามารถย่อยสลายได้ใน น้ำวิกฤตยิ่งยวด ในอัตราที่สูงมาก หากเราได้รับเงื่อนไขที่ถูกต้อง โมเลกุลที่ดื้อรั้นเหล่านี้สามารถถูกทำลายได้ ไม่ทิ้งผลิตภัณฑ์ขั้นกลาง และให้ผลเฉพาะสารที่ไม่เป็นอันตราย เช่น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์, น้ำและเกลือฟลูออไรด์ที่มักเติมลงในน้ำและยาสีฟันของเทศบาล”
“เดิมทีเราออกแบบมาเพื่อทำลายสารทำสงครามเคมี ซึ่งยากต่อการทำลายเช่นกัน เราใช้เวลาห้าปีในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์”
“มีคำถามสำคัญๆ เช่น เราจะรักษาความกดดันนั้นได้อย่างไร? ภายในเครื่องปฏิกรณ์ความดันสูงกว่าที่ระดับน้ำทะเล 200 เท่า อีกคำถามหนึ่งที่เรามีคือ เราจะแน่ใจได้อย่างไรว่าเครื่องปฏิกรณ์จุดไฟและทำงานที่อุณหภูมิที่กำหนดในโหมดต่อเนื่อง”
เครื่องปฏิกรณ์ทำงานอย่างไร?
เครื่องปฏิกรณ์ประกอบด้วยท่อสแตนเลสอย่างหนายาวประมาณหนึ่งฟุตและมีเส้นผ่านศูนย์กลางหนึ่งนิ้ว นักวิทยาศาสตร์สามารถเปลี่ยนอุณหภูมิภายในได้เพื่อค้นหาว่าพวกเขาต้องการความร้อนแค่ไหนในการทำลายสารเคมี สารเคมีบางชนิดต้องการ 400 C (752 F) และ 650 C (1202 F) บางชนิด
นักวิทยาศาสตร์ได้แนะนำเชื้อเพลิงนำร่อง อากาศ และสารเคมีที่เราต้องการที่จะกำจัดอย่างต่อเนื่อง เช่น PFOS ลงในน้ำที่วิกฤตยิ่งยวดที่ด้านบนของเครื่องปฏิกรณ์ เชื้อเพลิงให้ความร้อนที่จำเป็นในการคงค่าวิกฤตยิ่งยวดไว้ และ PFOS จะรวมตัวกับตัวกลางที่ก้าวร้าวนี้อย่างรวดเร็ว
โดยรวมแล้ว เวลาตอบสนองน้อยกว่าหนึ่งนาที
โนวอสเซลอฟกล่าวว่า “ที่ด้านล่างของเครื่องปฏิกรณ์ ส่วนผสมจะถูกทำให้เย็นลงเพื่อให้เกิดการปล่อยทั้งของเหลวและก๊าซ เราสามารถวิเคราะห์สิ่งที่อยู่ในขั้นตอนของเหลวและก๊าซเพื่อวัดว่าเราได้ทำลายสารเคมีหรือไม่”
นักวิทยาศาสตร์ทำการทดลองเดียวกันกับ PFOS และ PFOA EPA ควบคุมพวกเขาทั้งสอง พบว่า PFOA หายไปในสภาวะวิกฤตยิ่งยวดเล็กน้อย (ประมาณ 400 องศาเซลเซียสหรือ 750 องศาฟาเรนไฮต์) แต่ PFOS ไม่หายไป ใช้เวลาประมาณ 610 องศาเซลเซียส (1130 องศาฟาเรนไฮต์) เพื่อดูการทำลาย PFOS
ที่อุณหภูมินั้น PFOS และตัวกลางทั้งหมดจะถูกทำลาย — ในเวลาเพียง 30 วินาที
การทดสอบ PFOS พบว่าสารประกอบขั้นกลางหลายชนิด รวมทั้ง PFOA สามารถพัฒนาได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า ผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวบางส่วนเหล่านี้เกิดขึ้นในเฟสของเหลว บ่งชี้ว่าของเสียจากโรงงานผลิตที่ใช้สารเคมีถาวรอาจมีอยู่ แต่ตัวกลางอื่น ๆ กำลังจะออกมาในเฟสของก๊าซ ซึ่งเป็นปัญหาเพราะว่าโดยปกติการปล่อยก๊าซนั้นไม่ได้ถูกควบคุม
โนวอสเซลอฟ กล่าวว่า, “โมเลกุลเหล่านี้ประกอบด้วยฟลูออรีน และเรารู้ว่าก๊าซประเภทนี้มีส่วนทำให้เกิดภาวะเรือนกระจก ตอนนี้เราไม่มีวิธีการตรวจสอบมลพิษของก๊าซในแบบเรียลไทม์ และเราไม่รู้ว่าเราจะผลิตได้มากน้อยเพียงใด หรือแม้แต่องค์ประกอบทางเคมีที่แน่นอนของพวกมัน”
“เรามีขั้นตอนต่อไป เราใช้เครื่องปฏิกรณ์เพื่อดูว่ามันทำลายสารเคมีตลอดกาลอื่น ๆ นอกเหนือจาก PFOS และ PFOA ได้ดีเพียงใด นอกจากนี้เรายังประเมินว่าเทคโนโลยีนี้สามารถทำงานได้ดีเพียงใดในสถานการณ์จริง”
การอ้างอิงวารสาร:
- Joanna Li, Igor V.Novosselov และคณะ การทำลาย PFOS ในเครื่องปฏิกรณ์ออกซิเดชันน้ำวิกฤตยิ่งยวดต่อเนื่อง วารสารวิศวกรรมเคมี. ดอย: 10.1016/j.cej.2022.139063
