В стремлении бороться с загрязнением окружающей среды, в частности с постоянным загрязнением воды опасными химическими веществами, группа исследователей из Японии разработала новаторский подход. Используя лигнин и глюкозу, два богатых углеродом вещества, они создали инновационные материалы, предназначенные для удаления из воды вредных «вечных химических веществ» — перфторалкильных и полифторалкильных веществ (ПФАС).
ПФАС — это широкая группа синтетических химических веществ, содержащихся в бесчисленном количестве товаров повседневного спроса, от посуды с антипригарным покрытием и водоотталкивающих тканей до противопожарных пен и полупроводников. Их уникальная способность противостоять теплу, воде и маслу, обусловленная прочными химическими связями, делает их невероятно полезными. Однако именно эта долговечность является и их недостатком. ПФАС нелегко разлагаются в окружающей среде, за что получили прозвище «вечные химикаты». В результате эти вещества накапливаются в почве, воде и даже в организме человека, представляя значительную опасность для здоровья человека и окружающей среды.
Из-за своей стойкости ПФАС были запрещены во многих странах в соответствии с международными экологическими соглашениями. Несмотря на это, загрязнение остается широко распространенным, и недавние исследования выявили наличие ПФАС в почве, реках и грунтовых водах. Это подчеркивает острую необходимость в эффективных методах удаления этих химических веществ из воды. К сожалению, в настоящее время отсутствуют устойчивые и эффективные технологии для решения этой проблемы.
В ответ на эту проблему исследовательская группа из Токийского института науки под руководством доцента Тошихиро Исобе с кафедры материаловедения и профессора Манабу Фудзи с кафедры гражданского строительства и охраны окружающей среды разработала перспективное решение. Их инновационный подход использует углеродсодержащие материалы для эффективного удаления ПФАС из воды. Работа команды включает в себя две ключевые разработки: новый адсорбент, улавливающий ПФАС на своей поверхности, и систему мембранной дистилляции (МД), которая очищает загрязненную воду.
Используя лигнин — побочный продукт целлюлозно-бумажной промышленности — и глюкозу, простой сахар, в качестве источников углерода, исследователи создали экологически чистые материалы, способные эффективно удалять ПФАС из воды. Разработанный ими метод мембранной дистилляции сочетает дистилляцию с мембранным разделением, предлагая новую эффективную стратегию очистки воды, загрязненной этими вредными химическими веществами.
«Это исследование захватывает, потому что оно использует доступные и устойчивые источники углерода, такие как лигнин и глюкоза, для решения важнейшей экологической проблемы», — пояснил профессор Исобе. «Интегрируя метод мембранной дистилляции, мы продвигаем инновационный подход к очистке воды, который может иметь решающее значение для будущих технологий удаления ПФАС».
Результаты новаторского исследования команды были недавно представлены на 23-м Международном симпозиуме по обработке и проектированию экоматериалов, подчеркнув потенциал этих новых материалов в содействии глобальным усилиям по обеспечению более чистой воды и более здоровой окружающей среды.
Этот инновационный подход может не только помочь устранить опасные химические вещества из воды, но и проложить путь к более устойчивым технологиям очистки в будущем, поддерживая Цель устойчивого развития ООН № 6 — обеспечение чистой водой и санитарией для всех.
Инновационные методы очистки воды, загрязненной ПФАС, с использованием материалов на основе углерода.
Инновационный подход исследовательской группы к удалению ПФАС основан на ключевом различии между водой и ПФАС — их разных температурах кипения. Используя метод мембранной дистилляции (МД), команда смогла очистить воду, загрязненную ПФАС. Этот процесс использует тот факт, что вода имеет более низкую температуру кипения, чем ПФАС, что позволяет ПФАС оставаться на поверхности, в то время как через мембрану проходит только водяной пар.
Ученые использовали в системе мембранной дистилляции гидрофобную пористую углеродную разделительную мембрану, которая эффективно блокировала ПФАС, позволяя при этом водяному пару выходить наружу. Такая селективная фильтрация гарантирует удержание вредных химических веществ, таких как перфтороктансульфоновая кислота (ПФОС), в системе. Результаты их экспериментов показали значительное снижение концентрации ПФОС: в имитированной воде концентрация ПФОС снизилась до уровня всего 3 нг/л, что значительно ниже мировых стандартов экологической безопасности.
Наряду с методом мембранной дистилляции, команда также исследовала другой подход к борьбе с загрязнением ПФАС — использование адсорбентов, полученных из лигнина. В ходе серии экспериментов они обнаружили, что небольшие количества активированного угля, обработанного хлоридом цинка в соотношении 1:3, могут эффективно удалять до 99% ПФАС всего за 10 минут. Это открытие предполагает, что эти адсорбенты могут служить высокоэффективными инструментами для удаления ПФАС, предлагая устойчивое и быстрое решение.
В целом, работа команды демонстрирует потенциал углеродсодержащих материалов в решении экологической проблемы загрязнения ПФАС. Их исследование закладывает многообещающую основу для разработки будущих технологий очистки, которые могут помочь в решении застарелых экологических проблем.
Профессор Исобе смотрит в будущее и планирует усовершенствовать метод очистки методом мембранной дистилляции. «В настоящее время мы используем нагреватели и вакуумные насосы для усиления потока водяного пара в процессе удаления ПФАС», — сказал он. «Однако мы стремимся перейти к солнечному нагреву, чтобы создать систему, не требующую электроэнергии, что сделает ее более экологичной и эффективной».
Это важное событие знаменует собой шаг вперед в создании устойчивых решений для очистки воды, вселяя надежду на более чистую и безопасную воду в борьбе с вредным химическим загрязнением.
