Rice Üniversitesi araştırmacıları, uluslararası ortaklarla işbirliği içinde, sudaki toksik “sonsuza dek kimyasalları” (PFA) hızla yakalamak ve yok etmek için ilk çevre dostu teknolojiyi geliştirdiler. Yakın zamanda yayınlanan bulgular Gelişmiş Malzemelerdünyanın en kalıcı çevresel tehditlerinden birini ele almak için büyük bir adım işaretleyin.
Çalışma, Rice George R. Brown Mühendislik ve Bilgi İşlem Okulu’nda profesör olan Michael S. Wong’un mentorluğu altında doktora sonrası bir adam olan Youngkun Chung tarafından yönetildi ve Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nde (Kaist) profesör Seoktae Kang ile işbirliği içinde yürütüldü ve Keon-Ham Kim, Güney Kore’de Pukyung Ulusal Üniversitesi’nde profesör.
PFA’lar, ve polifluoroalkil maddeler için kısa olan PFA’lar, ilk olarak 1940’larda üretilen ve Teflon tavalarından su geçirmez kıyafetlere ve gıda ambalajlarına kadar değişen ürünlerde kullanılan sentetik kimyasallardır. Isı, gres ve suya direnme yetenekleri onları endüstri ve tüketiciler için değerli hale getirmiştir. Ancak aynı direnç, kolayca bozulmadıkları anlamına gelir ve onlara “Forever Chemicals” takma adını kazanırlar.
Bugün, PFA’lar dünyanın dört bir yanındaki su, toprak ve havada bulunur. Çalışmalar onları karaciğer hasarı, üreme bozuklukları, bağışıklık sistemi bozulması ve bazı kanserlerle ilişkilendirir. PFA’ları temizleme çabaları mücadele etti çünkü kimyasalların çevreye salındıktan sonra çıkarılması ve yok edilmesi zor.
Mevcut teknolojinin sınırlamaları
Geleneksel PFA’lar temizleme yöntemleri tipik olarak adsorpsiyona dayanır, burada moleküllerin aktif karbon veya iyon değişim reçineleri gibi malzemelere yapışır. Bu yöntemler yaygın olarak kullanılırken, büyük dezavantajlarla birlikte gelirler: düşük verimlilik, yavaş performans, sınırlı kapasite ve bertaraf gerektiren ek atıkların oluşturulması.
Moleküler nanoteknoloji tina ve Sunit Patel profesörü Wong ve kimyasal ve biyomoleküler mühendislik, kimya ve sivil ve çevre mühendisliği profesörü Wong, “PFA’ların çıkarılması için mevcut yöntemler çok yavaş, verimsiz ve ikincil atıklar yaratıyor” dedi. “Yeni yaklaşımımız sürdürülebilir ve son derece etkili bir alternatif sunuyor.”
Gerçek dünya vaat eden bir malzeme
Pirinç liderliğindeki ekibin inovasyonu, bakır ve alüminyumdan yapılan katmanlı bir çift hidroksit (LDH) malzemeye odaklanır, ilk olarak Kim tarafından 2021’de Kaist’te yüksek lisans öğrencisi olarak keşfedilir. Chung, nitrat bir formülasyonun pfA’ları rekor kıran verimliliği olan PFA’ları adsorbe edebileceğini keşfetti.
Rice’s Water (Su Teknolojileri, Girişimcilik ve Araştırma) Enstitüsü ve Sürdürülebilirlik Enstitüsü’nün baş yazarı ve şimdi bir adam olan Chung, “Şaşkınlığım için bu LDH bileşiği PFA’ları diğer malzemelerden 1000 kat daha iyi yakaladı.” Dedi. Diyerek şöyle devam etti: “Ayrıca inanılmaz derecede hızlı çalıştı, ticari karbon filtrelerinden yaklaşık 100 kat daha hızlı, birkaç dakika içinde büyük miktarda PFA çıkardı.”
Malzemenin etkinliği benzersiz iç yapısından kaynaklanmaktadır. Organize bakır-alüminyum katmanları, hafif yük dengesizlikleri ile birleştirilmiş PFAS moleküllerinin hem hız hem de mukavemetle bağlanması için ideal bir ortam yaratır.
Teknolojinin pratikliğini test etmek için ekip, nehir suyu, musluk suyu ve atık sudaki LDH malzemesini değerlendirdi. Her durumda, hem statik hem de sürekli akış sistemlerinde iyi performans gösteren oldukça etkili olduğunu kanıtladı. Sonuçlar, belediye su arıtma ve endüstriyel temizlikte büyük ölçekli uygulamalar için güçlü bir potansiyel olduğunu göstermektedir.
Döngüyü Kapatma: Yakalama ve Yok Et
PFA’ların sudan çıkarılması zorluğun sadece bir parçasıdır. Onları güvenli bir şekilde yok etmek eşit derecede önemlidir. Pirinç profesörleri Pedro Alvarez ve James Tour ile çalışan Chung, LDH malzemesinde yakalanan PFA’ları termal olarak ayrıştırmak için bir yöntem geliştirdi. Doymuş malzemeyi kalsiyum karbonat ile ısıtarak, ekip tuzak PFA’ların yarısından fazlasını toksik yan ürünler serbest bırakmadan ortadan kaldırdı. Dikkat çekici bir şekilde, süreç aynı zamanda LDH’yi yeniden üretti ve birden çok kez yeniden kullanılmasına izin verdi.
Ön çalışmalar, malzemenin en az altı tam yakalama, yıkım ve yenilenme döngüsünü tamamlayabileceğini ve bu da onu PFA’ların kaldırılması için bilinen ilk çevre dostu, sürdürülebilir sistem haline getirebileceğini gösterdi.
Wong, “Bu tür bir LDH tabanlı teknolojinin PFA ile kontamine edilmiş su kaynaklarının yakın gelecekte nasıl tedavi edildiğini dönüştürmek için heyecanlıyız.” Dedi. Diyerek şöyle devam etti: “Olağanüstü bir uluslararası işbirliğinin ve genç araştırmacıların yaratıcılığının sonucu.”
