دانشمندان از دستاوردهای زیست محیطی برای از بین بردن “مواد شیمیایی برای همیشه” رونمایی کردند.

دانشمندان راهی برای جذب و تجزیه مواد شیمیایی “برای همیشه” به جای انتقال آنها به جای دیگر یافته اند.

محققان دانشگاه رایس، با همکاری همکاران بین المللی، یک روش جدید سازگار با محیط زیست ایجاد کرده اند که می تواند به سرعت “مواد شیمیایی دائمی” سمی (PFAS) را در آب جمع آوری و تجزیه کند. نتایج منتشر شده در مواد پیشرفتهنشان دهنده پیشرفت مهمی در تلاش برای مقابله با یکی از پایدارترین اشکال آلودگی محیطی است.

این تحقیق توسط یانگکون چانگ، یک همکار فوق دکتری که توسط مایکل اس. وانگ، استاد دانشکده مهندسی و محاسبات جورج آر براون رایس راهنمایی می شود، رهبری می شود. همچنین سئوکتای کانگ، استاد مؤسسه علوم و فناوری پیشرفته کره، در این پروژه شرکت می کند.KAISTو Keon-Ham Kim، استاد دانشگاه ملی پوکیونگ در کره جنوبی.

PFAS چیست؟

PFAS، مخفف مواد per- و polyfluoroalkyl، مواد شیمیایی ساخته دست بشر هستند که از دهه 1940 تولید شده‌اند و در طیف گسترده‌ای از محصولات روزمره، از جمله تابه‌های تفلون، لباس‌های ضدآب و بسته‌بندی مواد غذایی استفاده می‌شوند. مقاومت آنها در برابر گرما، گریس و آب باعث می شود در تولید و کالاهای مصرفی بسیار مفید باشند. با این حال، همین دوام به این معنی است که آنها بسیار آهسته در محیط تجزیه می شوند، به همین دلیل است که اغلب آنها را “مواد شیمیایی ابدی” می نامند.

PFAS در حال حاضر گسترده است و در آب، خاک و هوا در سراسر جهان ظاهر می شود. مطالعات علمی قرار گرفتن در معرض این مواد را با آسیب کبدی، مشکلات تولید مثل، اختلالات سیستم ایمنی و انواع خاصی از سرطان مرتبط دانسته اند. تلاش‌های پاک‌سازی دشوار است زیرا PFAS پس از رها شدن در محیط، هم حذف و هم برای همیشه از بین می‌رود.

محدودیت های تکنولوژی فعلی

اکثر رویکردهای موجود برای حذف PFAS بر جذب سطحی تکیه دارند، فرآیندی که در آن مواد شیمیایی به موادی مانند کربن فعال یا رزین های تبادل یونی می چسبند. اگرچه این روش‌ها معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما محدودیت‌های قابل‌توجهی دارند، از جمله راندمان پایین، عملکرد کند، ظرفیت محدود و تولید زباله‌های اضافی که باید مدیریت و دفع شوند.

وانگ، پروفسور نانوتکنولوژی مولکولی تینا و سونیت پاتل و استاد مهندسی شیمی و بیومولکولی، شیمی و مهندسی عمران و محیط زیست، گفت: «روش‌های فعلی برای حذف PFAS بسیار کند، ناکارآمد هستند و ضایعات ثانویه ایجاد می‌کنند». “رویکرد جدید ما یک جایگزین پایدار و بسیار موثر ارائه می دهد.”

یک ماده انقلابی با وعده های دنیای واقعی

نوآوری تیم تحت رهبری رایس بر روی یک ماده لایه‌ای هیدروکسید مضاعف (LDH) ساخته شده از مس و آلومینیوم متمرکز است که برای اولین بار توسط کیم به عنوان دانشجوی KAIST در سال 2021 کشف شد. چانگ در حین آزمایش با این مواد، متوجه شد که یک فرمول نیترات می‌تواند PFAS را با کارایی بی‌نظیر جذب کند.

چانگ، نویسنده اصلی این مطالعه و اکنون یکی از همکاران موسسه رایس برای فناوری آب، کارآفرینی و تحقیقات و موسسه پایداری می‌گوید: در کمال تعجب، این ترکیب LDH بیش از 1000 برابر بهتر از مواد دیگر PFAS را جذب می‌کند. همچنین فوق‌العاده سریع عمل می‌کند و مقادیر زیادی از PFAS را در عرض چند دقیقه از بین می‌برد، حدود ۱۰۰ برابر سریع‌تر از فیلترهای کربن تجاری.

اثربخشی این ماده به دلیل ساختار داخلی منحصر به فرد آن است. لایه‌های مس-آلومینیوم سازمان‌یافته آن، همراه با عدم تعادل بار خفیف، محیطی ایده‌آل برای مولکول‌های PFAS ایجاد می‌کند تا با سرعت و نیرو به هم متصل شوند.

برای آزمایش عملی بودن این فناوری، این تیم مواد LDH را در آب رودخانه، آب لوله کشی و فاضلاب ارزیابی کردند. در همه موارد ثابت شد که بسیار مؤثر است و در هر دو سیستم جریان ثابت و پیوسته به خوبی عمل می کند. نتایج پتانسیل قوی برای کاربردهای در مقیاس بزرگ در تصفیه آب شهری و نظافت صنعتی را نشان می‌دهد.

بستن حلقه: گرفتن و نابود کردن

حذف PFAS از آب تنها بخشی از چالش است. دفع ایمن آنها نیز به همان اندازه مهم است. چانگ با کار با استادان رایس، پدرو آلوارز و جیمز تور، روشی را برای تجزیه حرارتی PFAS به دام افتاده در ماده LDH ابداع کرد. با حرارت دادن مواد اشباع شده با کربنات کلسیم، تیم بیش از نیمی از PFAS گرفته شده را بدون انتشار محصولات جانبی سمی از بین برد. قابل توجه است که این فرآیند همچنین LDH را بازسازی می کند و امکان استفاده مجدد از آن را چندین بار فراهم می کند.

مطالعات اولیه نشان می‌دهد که این ماده می‌تواند حداقل شش چرخه کامل ضبط، تخریب و تجدید را کامل کند، که آن را به اولین سیستم حذف PFAS سازگار با محیط‌زیست تبدیل می‌کند.

تلاش جهانی، تأثیر جهانی

وونگ گفت: “ما در مورد پتانسیل این فناوری بی نظیر مبتنی بر LDH برای تغییر روش تصفیه منابع آب آلوده به PFAS در آینده نزدیک هیجان زده ایم.” این نتیجه همکاری بین المللی استثنایی و خلاقیت محققان جوان است.

مرجع: “یک پلت فرم بازیابی آب قابل احیا برای جذب فوق سریع و کانی سازی مواد پر و پلی فلوئوروآلکیل” توسط Keon-Han Kim، Youngkun Chung، Philip Kenyon، Thi Nhung Tran، Nicholas H. Rees، Seung-Ju Choi، Xiaopeng Choangico، Phonele S. Ateia، Do-Kyoung Lee، James M. Tour، Pedro JJ Alvarez، Michael S. Wong و Seoktae Kang، 25 سپتامبر 2025، مواد پیشرفته.
DOI: 10.1002/adma.202509842

این تحقیق توسط برنامه تحقیقات علوم پایه از طریق بنیاد ملی تحقیقات کره، حمایت مالی شده توسط وزارت آموزش و پرورش (2021R1A6A3A14044449, RS-2023-00242795)، کمک های مالی از تحقیقات ملی همگرا در مورد چالش های علمی و کمک هزینه تحصیلی Sejong Science از طریق بنیاد تحقیقات ملی و وزارت علوم کره انجام شده است. (NRF-2022M3C1C8094245) و ICT (RS-2024-00395438). این کار نیز توسط عربستان سعودی آرامکو-KAIST CO تامین شده است₂ مدیریت، مرکز تحقیقات مهندسی نانوسیستم برای تصفیه آب به کمک نانوتکنولوژی (NEWT)، کمک هزینه مرکز تحقیقات و توسعه مهندسی سپاه مهندسین ارتش ایالات متحده (W912HZ-21-2-0050)، موسسه برنج برای توسعه پایدار، و موسسه آب برنج.

هرگز پیشرفتی را از دست ندهید: به خبرنامه SciTechDaily بپیوندید.
ما را در Google و Google News دنبال کنید.