Problem z „wiecznymi chemikaliami”
PFAS (substancje per- i polifluoroalkilowe) są szeroko stosowane w przemyśle i produktach codziennego użytku – od powłok nieprzywierających, przez impregnaty, po piany gaśnicze stosowane w lotnictwie. Ich wyjątkowa trwałość sprawia jednak, że praktycznie nie ulegają rozkładowi w środowisku. Największym wyzwaniem są tzw. krótkołańcuchowe PFAS. W przeciwieństwie do ich dłuższych odpowiedników łatwiej przemieszczają się w wodzie, trudniej je zatrzymać w filtrach oraz mogą szybciej rozprzestrzeniać się w środowisku. To właśnie te związki pozostają najsłabszym punktem obecnych technologii uzdatniania wody.
Nanoklatka, która działa jak pułapka
Zespół kierowany przez dr. Witolda Blocha opracował rozwiązanie oparte na nanometrowej „klatce molekularnej”. Struktura ta działa jak selektywna pułapka: przyciąga cząsteczki PFAS i zmusza je do gromadzenia się wewnątrz swojej wnęki.
Mechanizm ten różni się od działania tradycyjnych materiałów adsorpcyjnych. Zamiast jedynie przyciągać pojedyncze cząsteczki do powierzchni, nanoklatka sprzyja ich agregacji w środku struktury, tworząc wyjątkowo silne wiązanie. Aby stworzyć praktyczny materiał filtracyjny, naukowcy osadzili te klatki w mezoporowatej krzemionce – materiale, który sam w sobie nie wykazuje zdolności wiązania PFAS.
Skuteczność potwierdzona w laboratorium
Testy przeprowadzone na modelowej wodzie wodociągowej przyniosły bardzo obiecujące wyniki:
- usunięcie do 98% PFAS przy stężeniach spotykanych w środowisku,
- skuteczność wobec szerokiego zakresu związków, w tym form krótkołańcuchowych,
- możliwość wielokrotnego użycia – materiał zachowywał wysoką efektywność po co najmniej pięciu cyklach regeneracji.
Dzięki temu technologia może znaleźć zastosowanie jako końcowy etap oczyszczania – tzw. doczyszczanie wody pitnej przed jej dystrybucją.
Najpierw zrozumieć, potem zaprojektować
Jak podkreślają autorzy, kluczowe dla sukcesu było dokładne poznanie sposobu, w jaki PFAS wiążą się wewnątrz nanoklatki na poziomie molekularnym. Dopiero ta wiedza pozwoliła zaprojektować materiał o wysokiej selektywności i skuteczności.
PFAS trafiają do środowiska m.in. z procesów przemysłowych, pian gaśniczych oraz wielu produktów konsumenckich. Ich obecność w wodzie budzi rosnące obawy ze względu na potencjalne ryzyko dla zdrowia ludzi, zwierząt hodowlanych i dzikiej przyrody.
Nowe badania stanowią ważny krok w kierunku opracowania zaawansowanych materiałów, które pomogą ograniczyć jedno z najbardziej uporczywych zanieczyszczeń współczesnego świata. Wyniki pracy opublikowano w prestiżowym czasopiśmie Angewandte Chemie International Edition.
Źródło: Uniwersytet Flinders
