Forever kimyasallar suda ve toprakta kalıcıdır. Bozulmadıkları için suyumuza ve yiyeceğimize karışarak kanser gibi sağlık etkilerine ve doğurganlığın azalmasına yol açarlar.
Geçen ay, ABD Çevre Koruma Ajansı, bilim adamlarının onları izlemesine ve temizleme önlemleri planlamasına izin veren, sonsuza kadar en yaygın kimyasallardan ikisi olan PFOA ve PFOS'u vermeyi önerdi.
Şimdi bir araştırma ekibi Washington Üniversitesi PFOA ve PFOS'u yok etmenin yeni bir yolu var. Yok edilmesi zor kimyasalları tamamen parçalamak için yüksek sıcaklık ve basınçta oluşan süper kritik su kullanan yeni bir reaktör geliştirdiler. Bu teknoloji, yangın söndürme köpüğündeki kalıcı kimyasallar gibi eski stokları işleyebilir, ortamda zaten mevcut olan konsantre kalıcı kimyasalları çıkarabilir ve endüstriyel atıkları işleyebilir.
UW araştırma makine mühendisliği doçenti Igor Novosselov, şunları söyledi: "Reaktörümüz temelde suyu çok hızlı ısıtıyor, ancak suyu makarna için kaynattığınızdan farklı şekilde ısıtıyor. Tipik olarak, sıcaklığı yükselttiğinizde su kaynar ve buhara dönüşür. Oradan su ve buhar 100 santigrat dereceden (212 F) daha fazla ısınmaz.”
Sıkıştırılmış su, bu dengeyi değiştirebilir ve bu kaynama noktasını çok daha yüksek sıcaklıklarda elde edebilir. Basıncı artırmak kaynama sıcaklığını artırabilir.
Su sonunda sıvıdan buhara geçiş yapmayı bırakacaktır. Bunun yerine, suyun süperkritik faza girdiği kritik bir noktaya ulaşır. Maddenin durumu. Bu durumda su sıvı veya gaz değildir. Ortada bir yere düşüyor ve sınırlar biraz puslu.
The su molekülleri plazma benzeri bir durumda iyonize partiküllere benzerler. Bu kısmen ayrılmış moleküller çok yüksek sıcaklıklarda ve çok hızlı oranlarda salınır. Organik moleküller bu kadar agresif ve oldukça aşındırıcı bir ortamda hayatta kalamazlar.
Novosselov, şunları söyledi: “PFOS ve PFOA gibi normal suda sonsuza kadar hayatta kalan kimyasallar, süper kritik su çok yüksek bir oranda. Koşulları doğru alırsak, bu inatçı moleküller yok edilebilir, hiçbir ara ürün bırakmaz ve yalnızca zararsız maddeler verir, örneğin: karbon dioksit, Suve genellikle belediye suyuna ve diş macununa eklenen florür tuzları.”
“Aslında onu yok etmesi de zor olan kimyasal savaş ajanlarını parçalamak için tasarladık. Reaktörü yapmak beş yılımızı aldı.”
“İşleri bu baskıda nasıl tutacağız gibi önemli sorular vardı. Reaktörün içindeki basınç, deniz seviyesinden 200 kat daha fazladır. Bir diğer sorumuz da şuydu: Reaktörün sürekli modda belirli bir sıcaklıkta tutuşmasını ve çalışmasını nasıl sağlarız?”
Reaktör nasıl çalışır?
Reaktör, yaklaşık bir fit uzunluğunda ve bir inç çapında kalın bir paslanmaz çelik boru içerir. Bilim adamları, bir kimyasalı yok etmek için ne kadar ısınmaları gerektiğini anlamak için içerideki sıcaklığı değiştirebilirler. Bazı kimyasallar 400 C (752 F) ve bazıları 650 C (1202 F) gerektirir.
Bilim adamları sürekli olarak pilot yakıtı, havayı ve PFOS gibi elimine etmek istediğimiz kimyasalı reaktörün tepesindeki süper kritik suya sokar. Yakıt, kombinasyonu süper kritik tutmak için gereken ısıyı sağlar ve PFOS bu agresif ortamla hızla birleşir.
Genel olarak, reaksiyon süresi bir dakikadan azdır.
Novosselov, şunları söyledi: "Reaktörün dibinde, karışım hem sıvı hem de gaz deşarjı sağlamak için soğutulur. Kimyasalı yok edip etmediğimizi ölçmek için hem sıvı hem de gaz fazlarında ne olduğunu analiz edebiliriz.”
Bilim adamları aynı deneyi PFOS ve PFOA ile gerçekleştirdiler. EPA her ikisini de düzenler. PFOA'nın hafif süper kritik koşullarda (yaklaşık 400 derece C veya 750 F) kaybolduğu, ancak PFOS'un gitmediği bulundu. PFOS'un yıkımını görmemiz 610 dereceye (1130 F) ulaşana kadar sürdü.
Bu sıcaklıkta, PFOS ve tüm ara maddeler 30 saniye içinde yok edildi.
PFOS testleri, PFOA dahil olmak üzere birkaç ara bileşiğin daha düşük sıcaklıklarda gelişebileceğini ortaya çıkardı. Bu parçalanma ürünlerinden bazıları sıvı fazda ortaya çıktı ve kalıcı kimyasallar kullanan üretim tesislerinden çıkan atıkların bunları içerebileceğini düşündürdü. Ancak gaz fazında diğer ara ürünler ortaya çıkıyor, bu da gaz emisyonları tipik olarak düzenlenmediği için sorunlu.
Novoselov şuraya, "Bu moleküller flor içerir ve bu tür gazların sera etkilerine katkıda bulunduğunu biliyoruz. Şu anda gaz kirliliğini gerçek zamanlı olarak izlemenin bir yolu yok ve ne kadar üreteceğimizi, hatta kimyasal bileşimlerini bile bilmiyoruz.”
"Sonraki birkaç adımımız var. PFOS ve PFOA'nın yanı sıra diğer sonsuza kadar kimyasalları ne kadar iyi yok ettiğini görmek için reaktörü kullanıyoruz. Ayrıca bu teknolojinin gerçek dünya senaryoları için ne kadar iyi çalışabileceğini de değerlendiriyoruz.”
Dergi Referans:
- Joanna Li, Igor V.Novosselov, et al. Sürekli bir süper kritik su oksidasyon reaktöründe PFOS imhası. Kimya Mühendisliği Dergisi. DOI: 10.1016/j.cej.2022.139063
