Как опытный геймер, потративший бесчисленное количество часов на изучение виртуальных миров, я нахожу увлекательным вникать в проблемы реального мира, требующие инновационных решений, таких как проблема, связанная с загрязнением PFAS. Мое путешествие по сложным игровым ландшафтам, где каждая проблема требует стратегического подхода и неустанного поиска знаний, подготовило меня к этому квесту.
Термин «пер- и полифторалкильные вещества», часто сокращенно обозначаемый как ПФАС, стал известен как «вечные химические вещества» из-за их замечательной стойкости в окружающей среде даже после их использования.
Эти искусственные вещества, часто используемые в товарах повседневного спроса и различных отраслях промышленности благодаря своим водоотталкивающим и маслостойким свойствам, стали практически повсеместными в нашей среде.
Хотя большинство химикатов имеют тенденцию довольно быстро разлагаться после утилизации, вещества ПФАС могут сохраняться в течение тысячелетия. Такая долговечность делает их идеальными для таких применений, как противопожарные пены, антипригарные покрытия на кухонной посуде, водонепроницаемые материалы в одежде и упаковка пищевых продуктов, благодаря их замечательной долговечности.
Тем не менее, их упорство позволяет им процветать в различных средах, таких как почва, вода и даже внутри живых существ. В течение длительных периодов времени они могут накапливаться и оказывать негативное воздействие как на экологические системы, так и на здоровье человека.
Предварительные исследования указывают на возможную корреляцию между воздействием ПФАС и многочисленными проблемами со здоровьем, такими как рак, слабость иммунной системы и гормональный дисбаланс. Это побудило исследователей изучить эффективные методы разложения этих стойких веществ.
Наша команда исследователей создала активируемую светом химическую систему, предназначенную для расщепления связей углерод-фтор. Эти прочные химические связи повышают устойчивость ПФАС к разрушению. Мы поделились своими выводами, которые были опубликованы в журнале Nature в ноябре 2024 года, с целью показать, что этот метод может помочь в борьбе с обширным загрязнением, вызванным этими веществами.
Почему соединения ПФАС так трудно расщепить
Вещества ПФАС характеризуются прочными углеродно-фтористыми связями, одними из самых прочных в химической науке. Эта надежность придает ПФАС исключительную стабильность, поскольку он выдерживает типичные механизмы разложения, которые воздействуют на большинство промышленных химикатов, включая реакции с водой (гидролиз), окисление и разрушение микроорганизмами.
Обычные методы очистки воды могут удалить ПФАС из воды, но эти процессы просто концентрируют загрязняющие вещества, а не уничтожают их. Полученные материалы, содержащие ПФАС, обычно отправляются на свалки. После утилизации они все равно могут попасть обратно в окружающую среду.
Как энтузиаст, я столкнулся с распространенными стратегиями расщепления связей углерод-фтор, которые в основном основаны на использовании металла и чрезвычайно высоких температурах. Возьмем, к примеру, платину, металл, часто используемый в этом процессе. Однако зависимость от металлов и экстремальных температур делает эти методы дорогостоящими, энергозатратными и трудными для реализации в промышленных масштабах из-за их проблем.
Как работает наша новая фотокаталитическая система
В новом методе, разработанном нашей командой, используется чисто органический фотокатализатор. Фотокатализатор — это вещество, которое ускоряет химическую реакцию с помощью света, не расходуясь при этом. Наша система использует энергию дешевых синих светодиодов для запуска ряда химических реакций.
После поглощения света фотокатализатор перемещает электроны к фторсодержащим молекулам, вызывая растворение прочных связей углерод-фтор.
Как геймер, я бы сказал это так: наши фотокаталитические системы проникают прямо в сердце молекул ПФАС, полностью их расщепляя. Эта полная минерализация подобна волшебному превращению, превращающему эти вредные вещества в простые вещи, такие как углеводороды и ионы фтора, с которыми природа легко справляется. Эти сломанные кусочки затем можно безопасно использовать растениям снова.
Потенциальные применения и преимущества
Одним из заметных преимуществ этой новой фотокаталитической установки является ее простая конструкция. По сути, это компактная пробирка, оснащенная двумя светодиодными лампами и двумя крошечными вентиляторами для охлаждения во время работы. Он работает в щадящих условиях и избегает использования металлов, которые часто опасны в обращении, а иногда даже могут быть взрывоопасными.
Используя свет как богатый и возобновляемый источник энергии, эта система может стать экономически эффективной и экологически чистой. Наша цель — развивать его дальше, чтобы в будущем он мог эффективно функционировать с меньшими потребностями в дополнительной энергии, помимо источника питания, обеспечивающего свет.
На этой платформе также можно превращать другие органические соединения со связями углерод-фтор в полезные химические вещества. Например, фторарены, которые широко распространены в промышленных химикатах и лабораторных реагентах, могут быть преобразованы в основные компоненты для создания широкого спектра материалов, таких как фармацевтические препараты и предметы повседневного обихода.
Проблемы и будущие направления
Несмотря на многообещающие возможности этой новой системы, ей все еще предстоит преодолеть препятствия. В настоящее время мы можем уменьшить количество PFAS лишь в ограниченном масштабе. Хотя наша лабораторная установка работает хорошо, она требует значительного расширения для решения проблемы PFFL в более широком масштабе. Более того, крупные молекулы, такие как тефлон с многочисленными связями углерод-фтор, не распадаются в растворителе, который мы используем для этих процессов, даже при нагревании при высоких температурах.
Я уперся в стену в своем игровом мире, кажется, что игровой движок еще не может обрабатывать эти конкретные элементы. Думаю, это снова к чертежной доске для дальнейших исследований!
Мы стремимся повысить долговечность этих катализаторов в долгосрочной перспективе. В настоящее время эти органические фотокатализаторы имеют тенденцию портиться со временем, особенно при постоянном воздействии светодиодного освещения. Поэтому создание катализаторов, сохраняющих свою эффективность в течение длительного периода, будет иметь решающее значение для их широкого практического применения. Кроме того, поиск способов омоложения или переработки этих катализаторов без ущерба для производительности сыграет жизненно важную роль в расширении этой технологии в более крупных масштабах.
Сотрудничая с нашими партнерами из Центра устойчивого развития фоторедокс-катализа, мы намерены продолжать исследования светоактивируемого катализа, стремясь выявить дополнительные реакции, запускаемые светом, которые решают реальные проблемы. SuPRCat — это некоммерческий исследовательский центр, поддерживаемый Национальным научным фондом, целью которого является создание более экологически чистых процессов химического производства посредством разработки инновационных реакций.
Наша конечная цель — разработать систему, способную фильтровать загрязняющие вещества ПФАС из водоочистных сооружений, но важно отметить, что мы еще не достигли этой цели. В идеале в будущем мы надеемся применить эту технологию и для очистки почв, загрязненных ПФАС, чтобы сделать их пригодными для сельского хозяйства и вернуть им естественную роль в окружающей среде.
Смотрите также
- Кто такой муж Колмана Доминго Рауль Доминго? Все о его жизни
- Портативное устройство Anbernic RG40XX H может играть в игры PSP, Nintendo DS и Dreamcast
- Поклонники предполагают, что Dead by Daylight Mobile может скоро закрыть свои двери
- Скай Джексон ждет своего первого ребенка от бойфренда; Говорит: «Я очень рад начать…»
- Кто такая София Фальконе из «Пингвина»? Объяснение ее истории в комиксах DC
- ДЮНА: ПРОРОЧЕСТВО. Эпизод 4. Краткое содержание «Дважды рожденных»: запутанная паутина, изменение формы и воскрешение
- Грейси Абрамс и Пол Мескаль вместе? Изучение слухов о свиданиях
- Проверка фактов: были ли у Меган Маркл и принца Гарри близнецы? Возвращаясь к вирусным слухам
- Сцена с крипером Саурона предлагает нам крошки Халадриэли на КОЛЬЦАХ ВЛАСТИ
- Сколько детей у Джастина Бальдони? Все, что мы знаем об этом, заканчивается на нас, семье звезды
2024-12-21 19:58