Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Γιούτα στις ΗΠΑ ανέπτυξαν ένα νέο πορώδες υλικό που αφαιρεί πάνω από το 99% του PFOA– ενός από τα πιο διαβόητα «παντοτινά χημικά» (PFAS)– από το νερό μέσα σε πέντε μόλις λεπτά, προσφέροντας ελπίδα για την αντιμετώπιση μιας από τις πιο ανθεκτικές περιβαλλοντικές απειλές.
Το υλικό που ανέπτυξαν είναι ένα μεταλλο-οργανικό πλαίσιο (MOF), σχεδιασμένο ώστε να δρα ως υπερ-αποτελεσματικός απορροφητής, ενώ ταυτόχρονα ανιχνεύει την παρουσία του PFOA μέσω ενός ενσωματωμένου συστήματος φθορισμού. Επιπλέον, το υλικό είναι επαναχρησιμοποιήσιμο, διατηρώντας πάνω από το 93% της ικανότητάς του μετά από πέντε κύκλους χρήσης. Το υλικό αλλάζει χρώμα υπό υπεριώδες φως όταν ανιχνεύει PFOA, προσφέροντας έναν καινοτόμο τρόπο ταυτόχρονης ανίχνευσης και απομάκρυνσης ρύπων. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτή η τεχνολογία μπορεί να προσαρμοστεί και για άλλες ενώσεις της οικογένειας PFAS, δημιουργώντας μια νέα γενιά εξειδικευμένων υλικών για τον καθαρισμό του νερού.
Οι τρέχουσες μέθοδοι απομάκρυνσης των PFAS από το νερό είναι συχνά αργές, δαπανηρές ή αναποτελεσματικές. Ο καθαρισμός με ενεργό άνθρακα- η πιο κοινή μέθοδος- μπορεί να είναι χρονοβόρος και να μην είναι αποτελεσματικός με ορισμένους τύπους «παντοτινών χημικών». Οι ιονανταλλακτικές ρητίνες λειτουργούν καλύτερα σε μερικές περιπτώσεις, αλλά έχουν περιορισμούς όσον αφορά την επαναχρησιμοποίηση και την επιλεκτικότητα.
Η λύση της ομάδας από το Πανεπιστήμιο της Γιούτα, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Journal of Materials Chemistry C», βασίζεται σε ένα υλικό που ονομάζεται μεταλλο-οργανικό πλαίσιο (MOF) — ουσιαστικά ένα κρυσταλλικό υλικό με δομή κλωβού γεμάτη από μικροσκοπικούς πόρους. Οι ερευνητές τροποποίησαν το MOF προσθέτοντας θετικά φορτισμένες ομάδες που λειτουργούν σαν μαγνήτες για τα αρνητικά φορτισμένα μόρια PFOA.
Οι ερευνητές αξιολόγησαν το υλικό σε νερό με διαφορετικά επίπεδα ρύπανσης από PFOA. Σε υψηλή συγκέντρωση 1.000 ppm, το MOF κατάφερε να προσροφήσει 1.178 mg PFOA ανά γραμμάριο, ξεπερνώντας κατά πολύ πολλές υπάρχουσες μεθόδους. Σε πιο ρεαλιστικές συνθήκες, με μόλυνση 50 ppb, το υλικό πέτυχε απομάκρυνση άνω του 99% μέσα σε μόλις πέντε λεπτά.
Επαναστατική τεχνολογία διπλής λειτουργίας
Εκτός από την απομάκρυνση, το ίδιο υλικό λειτουργεί και ως σύστημα ανίχνευσης, αλλάζοντας από μη φθορίζον σε έντονα φθορίζον όταν ανιχνεύει PFOA. Αυτή η διπλή λειτουργία θα μπορούσε να επιτρέψει στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού να παρακολουθούν και να αφαιρούν τη μόλυνση σε πραγματικό χρόνο.
Κατά τις δοκιμές, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το υλικό τους ήταν ιδιαίτερα επιλεκτικό για το PFOA, με απόκριση 14 φορές μεγαλύτερη σε σχέση με το PFOS, ένα άλλο σημαντικό «παντοτινό χημικό». Το υλικό διατήρησε επίσης την αποτελεσματικότητά του ακόμη και παρουσία κοινών αλάτων που βρίσκονται σε πραγματικές πηγές νερού, υποδεικνύοντας ότι μπορεί να λειτουργήσει καλά σε ποικίλες περιβαλλοντικές συνθήκες.
Τι σημαίνει αυτό για τον καθαρισμό από PFAS και την ασφάλεια του νερού
Οι παραδοσιακές μέθοδοι απαιτούν συνήθως ξεχωριστά συστήματα για ανίχνευση και απομάκρυνση, αυξάνοντας την πολυπλοκότητα και το κόστος. Ένα υλικό που συνδυάζει και τα δύο θα μπορούσε να απλοποιήσει σημαντικά τη διαδικασία επεξεργασίας νερού.
Η μελέτη εστίασε κυρίως στο PFOA υπό ελεγχόμενες εργαστηριακές συνθήκες. Παρόλο που το υλικό αποδείχθηκε αποτελεσματικό σε αλμυρό νερό, η αποτελεσματικότητά του έναντι μιγμάτων άλλων PFAS θα πρέπει να αξιολογηθεί σε μελλοντικές έρευνες.
Κοιτώντας μπροστά, η ομάδα πιστεύει ότι αυτή η προσέγγιση μπορεί να προσαρμοστεί ώστε να στοχεύει και άλλα PFAS πέραν του PFOA, οδηγώντας πιθανώς σε μια σειρά ειδικά σχεδιασμένων MOF για την αντιμετώπιση διαφορετικών ρύπων. Η αρθρωτή φύση της χημείας MOF επιτρέπει στους επιστήμονες να τροποποιούν τη δομή και τις λειτουργίες ώστε να ταιριάζουν σε συγκεκριμένους στόχους.
