Загрязнение: возможный конец «вечным» химическим веществам

Синтетические химические вещества, известные как пер- и полифторалкильные вещества (PFAS), содержат связи между атомами углерода и фтора, которые считаются наиболее сильными в органической химии. К сожалению, широкое использование этих не биоразлагаемых продуктов с 1940-х годов привело к загрязнению многих систем водоснабжения по всей Америке.

Инженеры из Калифорнийского университета в Риверсайде показали в экспериментах по моделированию, что использование избыточных электронов разрушает углерод-фторную связь PFAS в воде, оставляя побочные продукты, которые могут даже ускорить процесс. Статья опубликована в разделе Физическая химия Химическая физика.

Углеродно-фторсодержащая связь, непроницаемая для тепла, химикатов и физической силы, делает повсеместно использование PFAS в упаковке для пищевых продуктов, тканевых и водоотталкивающих тканях, полиролях и восках, огнегасящих пенах, чистящих средствах, коврах и тысячах других бытовых и промышленных товаров. По оценкам Агентства по охране окружающей среды, большая часть населения подвергалась воздействию ПФАС, которые со временем накапливаются в организме, поскольку эти «вечные химические вещества» не разлагаются.

Шарма Ямиджала, постдокторский исследователь в Техническом колледже Марлана и Розмари Борнс и первый автор статьи, провела моделирование молекул перфтороктановой кислоты и перфтороктансульфоновой кислоты, наиболее распространенных загрязнителей ПФА в окружающей среде, в окружении молекул воды. Он обнаружил, что они мгновенно потеряли свой атом фтора в присутствии избыточных электронов.

Молекулы PFA распадаются на промежуточные химические вещества, состав которых может еще больше ускорить разложение других молекул PFA. В результате реакции также образовалась молекула фтористого водорода. Являются ли эти короткоцепные молекулы канцерогенами в типичных концентрациях в воде, пока не установлено.

«В реальном сценарии очистки воды избыточные электроны могут поступать из металлсодержащих соединений, помещенных в воду под воздействием ультрафиолетового излучения. Электроны из этих соединений будут взаимодействовать с молекулами PFA и разрушать их», — сказал Ямиджала.

Моделирование подробно описывает процесс, который, как известно ученым, возможен.

«Люди знали, что вы можете сделать это, но не знали, почему», — сказал Брайан Вонг, доцент кафедры химической и экологической инженерии и старший автор статьи. «Наше моделирование определяет более широкую картину, которую мы можем улучшить, чтобы найти способы быстрее или эффективнее разрушать PFA».

Исследование было поддержано грантами Министерства энергетики США, Министерства науки США, Премией программы исследований ранней карьеры № DE-SC0016269 и грантом Национального научного фонда № CHE-1808242.