Ученые нашли простой способ уничтожить токсичные «вечные химикаты»

May 28, 2024

Химики нашли простой способ избавиться от некоторых типов ПФАС — токсичных химикатов, остающихся после пластика.

Уже более века наш мир сделан из пластика. Он присутствует во всем: от противопожарной пены до бутылок с водой и сковородок с антипригарным покрытием, создавая удобные и долговечные продукты. Но в долгосрочной перспективе пластик выделяет опасные химические вещества, называемые перфторалкиловыми и полифторалкильными веществами (PFAS), которые просачиваются в почву и грунтовые воды. Эти «вечные химические вещества» сегодня повсюду: в наших питьевых запасах, нашей пище, воздухе и даже в нашем организме, где они могут привести к нежелательным последствиям, включая рак, проблемы развития младенцев и ослабление иммунитета.

Ученые работают над способами уничтожения химических веществ ПФАС, которые проникают в нашу окружающую среду, но простого метода не существует. Это потому, что эти сдержанные соединения ни на что не реагируют — ни на биологические, ни на другие химические агенты. Они прилипают только друг к другу и сопротивляются разрыву. По словам химиков Северо-Западного университета в Эванстоне, штат Иллинойс, современные методы требуют «очень суровых условий для разложения этих соединений». До сих пор было неясно, как разорвать эти облигации PFAS.

Недавняя работа этой группы, опубликованная в журнале Science 18 августа, доказывает, что упрямую силу облигаций PFAS на самом деле можно сломить. Ученые нашли способ расщепить две концентрированные токсичные формы ПФАС на более мелкие, безобидные соединения, которые разлагаются. Этот метод прост и недорог с использованием слабого нагрева, растворителя и гидроксида натрия (щелочи, основы некоторых мыл). Он работает в отношении двух основных категорий ПФАС, проникающих сегодня в окружающую среду: перфтороктановой кислоты (ПФОК) и одного из ее распространенных заменителей, известного как GenX.

Традиционная трудность в разрушении соединения ПФАС заключается в его многочисленных связях углерод-фтор, которые химики-органики называют самыми прочными. Для их разрушения требуется огромное тепло (около 400 градусов по Цельсию) и давление, что может привести к заражению воздуха во время сжигания, объясняет в пресс-релизе Уильям Дихтель, ведущий автор нового исследования. «В штате Нью-Йорк было обнаружено, что завод, утверждающий, что сжигает ПФАС, выделяет некоторые из этих соединений в воздух», — говорит Дихтель, профессор химии. «Соединения попали из дымовых труб в местное население». А захоронение PFAS приведет к тому, что через несколько десятилетий они просто загрязнят окружающую среду, добавляет он.

Не все ПФАС распадаются на микропластики, но некоторые, например, поливинилфторид (ПВФ) и политетрафторэтилен (ПТФЭ), распадаются. ПФАС также используется в покрытиях для синтетического текстиля и в пластиках, которые распадаются на микропластики на основе волокон или частиц. Давайте исследуем связь.

Оказывается, у химических веществ ПФАС есть слабое место: они часто содержат заряженные атомы кислорода на одном конце своих молекул. Команда Дихтеля выбрала необычный растворитель, диметилсульфоксид, который позволил им осторожно нагревать PFAS от 80 до 120 градусов по Цельсию вместе с гидроксидом натрия, типичным реагентом, который помогает вызвать химическую реакцию. Результатом стал шквал реакций, начавшихся с отпадания заряженных атомов кислорода. Затем атомы фтора также отпали, оставив своих углеродных спутников и образовав фторид, безопасную форму фтора. Весь процесс занял всего 12 часов, и к этому времени более 90 процентов химикатов PFAS были преобразованы в безопасные побочные продукты углерода. В своем пресс-релизе Дихтель назвал группу заряженных атомов «ахиллесовой пятой» молекулы ПФАС.

В предыдущих попытках уничтожить ПФАС другие исследователи использовали высокие температуры — до 400 градусов по Цельсию. Новый метод, основанный на недорогом реагенте и более мягких условиях, заставляет атомы углерода отпадать от двух или трех атомов одновременно, как группа обнаружила в ходе дальнейших исследований с использованием квантово-механических моделей, чтобы лучше понять химию процесса. Дихтель надеется, что их анализ станет ключом к другим, проводящим аналогичные исследования.