Вечными химикатами называют перфторалкильные вещества (PFAS), которые практически не разлагаются в природе и накапливаются в воде, почве, организмах людей и животных.
PFAS стали одной из самых серьезных экологических и медицинских проблем последних лет: известно, что они являются фактором, провоцирующим раковые опухоли, гормональные сбои, снижение иммунитета, проблемы с рождением детей, ускоряющим старение. Ученые всего мира ищут способы безопасно и недорого очищать от них воду, однако существующие способы или слишком дорогостоящие, или опасные сами по себе, или чрезмерно сложные и не поддаются масштабированию. Но специалисты Международного университета Флориды, похоже, приблизились к решению этой проблемы: разработанная ими система использует простое изменение кислотности воды для захвата и высвобождения PFAS по требованию.
Ранее ученые обнаружили, что молекулы сахара в форме пончиков эффективно захватывают «вечные химикаты» в воде. Эти молекулы действуют как «молекулярные наручники», задерживая линейные молекулы PFAS. Но это лишь половина задачи — нужно не только поймать PFAS, но и высвободить пойманные вещества в нужный момент, чтобы использовать ловушку снова.
«Современные методы очистки воды в основном неэффективны для удаления PFAS, дороги и требуют обработки всего водопровода, — объясняет профессор химии Кевин О’Ши. — Нам нужно научиться концентрировать и удалять их из наших водных запасов».
О’Ши понял, что ключ — в pH, показателе кислотности. При нейтральном pH специальные молекулы сахаров крепко удерживают PFAS. Но когда вода становится более щелочной — например, при добавлении обычной пищевой соды — и PFAS, и материал приобретают отрицательные заряды и отталкиваются друг от друга. Эта реакция высвобождает химикаты и позволяет использовать материал повторно. «Это работает как двери: при нейтральном pH PFAS входит внутрь, и дверь закрывается. При щелочном pH дверь открывается, и химикаты выходят», — поясняет О’Ши.
Интерес ученого к «вечным химикатам» имеет неожиданные основания — он начался с попкорна для микроволновки, любимого лакомства его сына. Пищевое пристрастие ребенка беспокоило О’Ши, знавшего, что пакеты для попкорна могут содержать PFAS. Именно это беспокойство привело к серии экспериментов в поисках решения мировой проблемы PFAS.
Опираясь на свою более раннюю, уже получившую патент, работу по прикреплению крошечных сахарных молекулярных ловушек к твердым носителям, О’Ши с помощью рН превратил собственное открытие в многоразовую, устойчивую технологию очистки — эффективное и недорогое решение в борьбе с устойчивыми вечными химикатами. Метод открывает путь к безопасному удалению PFAS из водных ресурсов без необходимости обрабатывать весь объем питьевой воды.
