物理科技生物学-PHYICA

永别了,永远的化学品:研究人员旨在永远消除PFAS

化学 2023-05-12 11:27:36

密歇根理工大学的金伯利·盖格 景岛乐·米纳卡塔和学生们在他的实验室里

Minakata的研究兴趣包括为水和废水处理技术开发计算工具

学分:密歇根理工大学 密歇根理工大学开发的一种新的计算工具有助于消除社区供水中的持久性化学物质PFAS

由于其独特的性质,全氟和多氟烷基物质(PFAS)在日常生活中无处不在——从防水衣服和不粘炊具到披萨盒、滑雪蜡、快餐包装纸和消防泡沫

“PFAS含有非常强的碳氟键,不容易被生物活动降解,”土木、环境和地理空间工程副教授景岛乐·米纳卡塔说

“全氟辛烷磺酸几乎可以永远留在环境中;因此,它们被称为“永远的化学品”

“它们最终会污染我们的地下水和地表水、我们的水道,最终还会污染我们的饮用水和生态系统——包括淡水鱼

" 化学工业为特定的商业产品制造具有不同特性的全氟辛烷磺酸;大约有4000-5000种已知类型

Minakata说,虽然毒理学影响仍然很大程度上未知,但全氟辛烷磺酸具有潜在的致癌性

在人体血液中发现了少量的全氟辛烷磺酸

因此,密歇根州和美国

S

环境保护署(EPA)最近开始根据《安全饮用水法案》对几种PFA的含量进行管理

对密歇根州和其他地方的社区来说,应对水中检测到的全氟辛烷磺酸是一项挑战

Minakata说:“一些水管理部门已经在他们的饮用水中找到了PFAS污染源。”

“这是一个开始

然而,由于许多地方政府面临预算限制,他们根本负担不起采用先进的水处理技术来去除PFA

" 成本不是唯一的障碍

Minakata说:“当地水务部门正在努力实施现有技术,从水源中去除PFA。”

“目前的技术——如颗粒活性炭吸附和离子交换——只提供了PFAS从水到碳介质的相转移,然后需要再生和替换

另一个问题是:“碳基吸附适用于长链PFAS,但那些现在正逐步退出市场,”他说

“它们正被更小的链式PFA所取代

较小链的全氟辛烷磺酸确实有较少的毒物学问题,但它们不能很好地通过吸附去除

" 还有一个问题

Minakata说:“大多数目前可用的修复技术实际上并不能破坏PFAS。”

相反,这些技术将PFA从一个阶段转移到另一个阶段

为了满足新的EPA法规,它们被方便地实施

但这会适得其反

除非我们完全摧毁PFAS的结构,否则我们一定会遇到更大、更根本的问题

" Minakata认为,由于目前的全氟辛烷磺酸修复技术,全氟辛烷磺酸最终会出现在废水和垃圾渗滤液中,尽管浓度非常低

“全氟辛烷磺酸随后将通过蒸发、大气沉积和生物固体回到环境中

回收的生物固体可以用于农业,所以PFAS最终会污染粮食作物,”他说

高级归约的新计算工具 即便如此,Minakata还是看到了PFAS隧道尽头的一线曙光

他的研究小组最近在皇家化学学会期刊《环境科学:水研究与技术》上发表了一篇论文,概述了一种新的PFAS计算工具,“水合电子与有机化合物在水相高级还原过程中的反应性”

Minakata和密歇根理工大学研究生Rose Daily(国家科学基金会环境工程研究生研究员)利用数据科学和计算化学研究了数百种结构不同的有机化学物质,以预测PFAS的反应性

Minakata说:“我们的方法可以扩展并用于筛选数千种PFA。”

“关键是理解溶剂化电子与有机化学品和PFAS的反应性

有了这些知识,您就可以筛选大量的PFAS污染物,并对它们进行优先排序,以应用先进的还原过程来降解(并有望完全销毁)PFAS

" Minakata的研究成果也可用于加强和改善目前的PFAS修复应用,包括电化学氧化技术

基础研究:电子的反应性 “我研究水和废水中有机污染物的氧化已经有20年了,”Minakata说

“每种全氟辛烷磺酸都非常独特,许多是氧化形式;因此,氧化也不会破坏PFAS

他说:“全世界的研究人员现在都在寻找依靠电子的还原技术。”

“使用电子的电化学还原是一种具有良好结果的技术

研究人员现在正在研究电极材料和反应器设计,以提高实际应用的效率

正是在这一点上,我的基础研究可以提供关于电子反应性的有价值的信息,到目前为止,人们还没有很好地理解这些信息

" 建议的重点:以PFAS的最大浓度为目标 Minakata说,在PFA最普遍的地方进行治疗

他说:“研究和补救不应该以水中极低浓度的全氟辛烷磺酸为目标,而应该确定和瞄准全氟辛烷磺酸浓度相对较高的地方。”

“这将是一个更好的方式来负担得起,有效和高效地销毁PFAS

" 接下来,Minakata和他的合作者计划研究PFA的物理分布

“我们希望着手寻找PFAS热点——我们可以应用这些有前途的技术的地方——以便一次销毁大量PFAS

" Minakata指出,PFAS提出了环境正义问题,他在该领域的研究得到了中央化学公司的部分支持

“我们环境工程师必须与科学家、行业、社区和决策者合作,处理和解决PFAS的根本问题,而不是掩盖PFAS的问题,如在严重受伤处贴上小创可贴,”他说

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