Немецкие учёные представили две технологии, которые способны помочь в решении проблемы ПФАС — группы синтетических веществ, получивших название «вечные химикаты» из-за своей чрезвычайной устойчивости к естественному разрушению. Исследователи из научно-исследовательского центра им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR) продемонстрировали, что эти опасные соединения можно эффективно разлагать в водной среде с помощью гидродинамической кавитации и холодной атмосферной плазмы.
ПФАС (пер- и полифторалкильные соединения) объединяют более 10 тысяч различных синтетических веществ, которые на протяжении десятилетий активно применялись как в промышленности, так и в производстве потребительских товаров. Главная проблема этих соединений заключается в невероятно прочных связях между атомами углерода и фтора. Из-за такой молекулярной структуры они практически не разрушаются в естественной среде и имеют свойство накапливаться в живых организмах. Медики и экологи связывают воздействие некоторых ПФАС с серьёзными рисками для здоровья, включая нарушения развития, сбои в работе иммунной системы и повышенный риск развития онкологических заболеваний.
Изображение сгенерировано: Nano Banana
Первая разработанная специалистами технология основана на применении гидродинамической кавитации. В ходе этого процесса загрязненная вода пропускается через специальное сужение потока, где мгновенно образуются микроскопические пузырьки пара. В момент схлопывания этих пузырьков под воздействием резкого перепада давления на их границах возникают экстремальные локальные температуры, достигающие нескольких тысяч градусов Цельсия. Параллельно с этим происходит активное формирование гидроксильных радикалов — высокоактивных химических частиц, которые атакуют молекулы ПФАС и запускают процесс их распада.
В ходе лабораторных экспериментов ученые протестировали данный метод на одном из самых стойких представителей этого класса — перфтороктансульфонате (PFOS). Результаты показали, что после обработки значительная часть вещества разрушается. При этом концентрация ионов фтора в воде закономерно увеличивалась по мере увеличения времени обработки, что наглядно подтверждает успешный разрыв прочных углерод-фторных связей. На данном этапе исследовательская группа сосредоточена на повышении общей эффективности метода: главная цель заключается в том, чтобы добиться распада более 80% ПФАС в растворе и минерализации свыше 50% связанного в них фтора.
Второй альтернативный подход опирается на использование холодной атмосферной плазмы в сочетании с подачей газа непосредственно в толщу воды. В отличие от многих традиционных способов очистки, эта методика полностью обходится без дорогостоящих катализаторов и добавления сторонних химических реагентов. Специальные газовые пузырьки транспортируют молекулы ПФАС к поверхности воды, где те подвергаются разрушительному воздействию плазменного разряда.
Испытания показали, что данный способ позволил успешно перевести порядка 35% атомов фтора из состава ПФАС в безопасную форму фторидных солей, а также практически полностью уничтожить как длинноцепочечные, так и короткоцепочечные разновидности соединений. Тем не менее, авторы разработки подчеркивают, что плазменный метод действует значительно быстрее кавитации, но при этом требует куда больших энергозатрат и способен образовывать побочные соединения, безопасность которых еще предстоит детально изучить.
Следующим логическим шагом для команды станет масштабирование созданных технологий с целью их дальнейшего применения для очистки реальных промышленных сточных вод.
В настоящее время исследователи активно увеличивают масштабы экспериментов, наращивая объемы обрабатываемой жидкости с 50 миллилитров до 5 литров. В планах ученых — объединить оба инновационных подхода в рамках единой комплексной системы. Предполагается, что холодная плазма обеспечит максимальную первичную реакционную активность, тогда как гидродинамическая кавитация довершит процесс глубокого разрушения «вечных химикатов». По мнению разработчиков, подобная синергия может лечь в основу принципиально нового и высокоэффективного метода очистки воды от опасных загрязнителей.
