Piezokatalízis: Egy új módszer a PFOS lebontására
A PFAS vegyi anyagok, vagyis a per- és polifluoroalkil anyagok széles körben használtak olyan termékekben, mint a tűzoltó hab, a tapadásmentes edények, a vízlepergető textíliák és a peszticidek. Ezek az ember által előállított vegyületek hírhedtek arról, hogy tartósak a környezetben, amiért a „mindörökké vegyi anyagok” becenevet kapták. Ennek következtében a PFAS vegyi anyagok globális szennyező anyaggá váltak, szennyezve a talajt, a vizet és még az emberek és állatok testét is. A PFAS-hoz kapcsolódó egészségügyi kockázatok súlyosak, beleértve a májkárosodást, hormonális egyensúlyzavart és a rákot.
Az ETH Zürich kutatói új módszert fejlesztettek ki egy különösen káros PFAS alkotóelem, a perfluoroktánsav-szulfonsav (PFOS) lebontására. Ez az innovatív megközelítés új utakat nyithat a PFAS szennyezés biztonságosabb és hatékonyabb kezelésére.
A PFOS lebontásának kihívása
A PFOS, a PFAS legtoxikusabb típusai közé tartozik, melyet már sok helyen korlátoztak vagy betiltottak a világban. Azonban kémiai szerkezete, amely hosszú szénláncokból és fluoratomokból áll, rendkívül ellenállóvá teszi a lebontásra. Andrea Veciana, az ETH Zürich Robotikai és Intelligens Rendszerek Intézetének doktorandusza elmondta: „A fő probléma az, hogy a molekulák hosszú szénláncokból állnak, amelyeket fluoratomok vesznek körül. Ez a szén-fluor kötés olyan erős, hogy rengeteg energiára van szükség a megtöréséhez.”
A jelenlegi PFAS-eltávolítási módszerek, mint például a termikus lebontás és a fotokatalízis, jelentős hátrányokkal járnak. A termikus lebontás 1000 Celsius-fok feletti hőmérsékletet igényel, így rendkívül energiaigényes. A fotokatalízis, bár hatékony, nem képes behatolni a zavaros szennyvízbe, ahol a PFAS gyakran felhalmozódik. Ezen kívül, az abszorpciós módszerek, amelyek szivacsokat használnak a szennyeződések felszívására, csupán a szennyezés problémáját helyezik át máshová.
Piezokatalízis: Az új módszer a PFOS lebontására
Az ETH Zürich kutatói egy új módszert fejlesztettek ki a PFOS lebontására piezokatalízis segítségével. A folyamat során nanomateriálokat használnak, amelyek piezoelektromosak, azaz mechanikai deformáció hatására elektromos töltést generálnak. E töltés létrehozásával a nanorészecskék láncreakciót indítanak el, amely lebontja a PFOS molekulákat. Az analitikai szakértőkkel együttműködve a csapat bizonyította, hogy módszerük a kontrollált laboratóriumi környezetben a PFOS 90,5%-át képes lebontani. A kutatók azonban megjegyzik, hogy olyan magas koncentrációval dolgoztak, amely a környezetben általában nem található meg.
Előnyök a meglévő módszerekkel szemben
Ez az új piezokatalízis módszer számos előnnyel bír a hagyományos technikákkal szemben. Az egyik jelentős előny, hogy különböző mechanikai energiaforrásokat használhat, így rugalmasabb. Például a szennyvízkezelő telepekben fennálló turbulenciát ki lehet használni a piezoelektromos nanorészecskék aktiválására és a PFAS vegyi anyagok lebontására. A piezokatalízis a hőenergiaigényes termikus lebontással és a fotokatalízis korlátozott fénybehatolásával összehasonlítva praktikusabb és energiahatékonyabb alternatívát kínál. Ezen kívül, ellentétben az abszorpciós módszerekkel, a piezokatalízis nem csupán a problémát helyezi át a vízből egy másik közegbe, hanem közvetlenül bontja le a mérgező vegyi anyagokat.
Előrelépés a PFAS ellen folytatott harcban
Bár a laboratóriumi eredmények ígéretesek, ennek a technológiának a nagy mennyiségű víz kezelésére való skálázása továbbra is jelentős kihívást jelent. Ennek ellenére a kutatók optimisták a piezokatalízis potenciálját illetően, amelyet különböző környezetekben, például ipari szennyvízkezelő telepeken és mezőgazdasági vízrendszereken lehet alkalmazni. Ezen kívül az ETH Zürich csapata úgy véli, hogy módszerük alkalmazható más típusú PFAS és mikroszennyezők lebontására is, szélesítve ezzel a potenciális hatását. Ahogy Veciana hangsúlyozza, a technológiai fejlődés önmagában nem oldja meg a PFAS problémát: „A PFAS globális probléma, amelyet elsősorban politikai változásokkal és nagyobb átláthatósággal kell kezelni.”
A piezokatalízis fejlesztése izgalmas előrelépést jelent a PFAS vegyi anyagok ellen folytatott harcban. Míg még sok munka vár ránk, hogy ezt a technológiát ipari és környezeti alkalmazásokhoz eljuttassuk, a módszer hatékonyabb és potenciálisan skálázható megoldást kínál egy sürgető globális problémára.
Érdekesség: A PFAS vegyi anyagok több mint 70 éve vannak jelen a piacon, és az Egyesült Államokban több mint 1.000 különböző PFAS vegyületet azonosítottak.
Források: ETH Zurich, ScienceDirect, Environmental Science & Technology, National Institute of Environmental Health Sciences.
