Вечные химические соединения PFAS представляют собой серьезный экологический загрязнитель. Их опасность заключается в химической устойчивости и невозможности разложения. Справиться с ПФАС могут только сорбенты на основе металлоорганических каркасов, которые разрабатываются учеными по всему миру.
Ученые из Университета штата Юта создали материал, который решает актуальную экологическую проблему — позволяет в реальном времени обнаруживать и эффективно устранять из загрязненной воды перфтороктановую кислоту (PFOA, химическая формула C8HF15O2). Это условно токсичное и крайне стойкое вещество из семейства PFAS (пер- и полифторалкильные вещества) — повсеместных вечных химикатов. Аббревиатура на русском языке выглядит аналогично — ПФАС, пер- и полифторалкильные соединения.
На карте вечных химикатов сегодня отмечено уже более 9 000 соединений. Структурно они представляют собой длинные цепочки алкильных радикалов CH3, в которых атомы водорода заменены атомами фтора. В электрохимическом плане фтор является самым активным элементом периодической таблицы. Разрушить фторуглеродные связи в молекулах ПФАС крайне сложно — именно поэтому эти химикаты и называются вечными. Перфтороктановая кислота (PFOA) — один из широко используемых в промышленности PFAS.
В исследовании, результаты которого опубликованы в журнале Journal of Materials Chemistry C, профессор кафедры материаловедения Инженерного колледжа Линг Занг и его команда представили двухфункциональный металлоорганический каркас (metal—organic framework, сокращенно MOF) с рабочим индексом UiO-66-N(Ch₃)₃⁺. Это пористый материал на основе циркония, известный своей термической и химической стабильностью.
Новый MOF демонстрирует выдающиеся способности как к адсорбции перфтороктановой кислоты, так и к идентификации загрязнителя посредством механизма флуоресценции. Связываясь с PFOA, MOF начинает ярко светиться, что упрощает количественную оценку масштабов проблемы, а также прогнозирует скорость и эффективность ее устранения. Металлоорганический каркас можно использовать многократно, что подтверждается многими циклами адсорбции и десорбции. После каждой адсорбции материал легко регенерируется путем простой промывки.
Исследование представляет собой значительный шаг вперед в нейтрализации «вечных химикатов». Способность сорбционного материала избирательно улавливать и обнаруживать даже минимальные концентрации PFOA в реальном времени делает его практичным решением для очистки воды и мониторинга окружающей среды.
Эта работа основана на предыдущих исследованиях лаборатории, где был создан пористый материал, который флуоресцирует в присутствии PFAS.
Перфтороктановая кислота — это синтетическое вещество, обладающее водоотталкивающими свойствами, устойчивостью к высоким температурам и химической инертностью. На поверхностях, обработанных PFOA, не скапливаются жир и продукты его окисления. Этот вечный химикат PFOA применяется при производстве сковородок и другой посуды с антипригарным покрытием, в пене для тушения пожаров и других продуктах. Однако это вещество не разлагается в окружающей среде. После того как сковорода оказывается в раковине или в посудомоечной машине, вечный химикат попадает в стоки и затем накапливается в водоемах и грунтовых водах. И хотя явный сиюминутный вред ПФАС для здоровья не подтвержден, их накопление в окружающей среде и тканях живых организмов вызывает беспокойство у экологов и медиков.
Сорбент UiO-66-N(Ch₃)₃⁺ оснащен флуоресцентными метками, которые активируются, как только PFOA проникает в молекулярную сетку MOF. Это позволяет решить две задачи — выявление наличия и концентрации целевого вещества и его нейтрализация.
Команда Линг Занга разработала инновационный MOF, модифицировав другой металлоорганический каркас, известный как UiO-66-NH< Фото: hi-tech.mail.ru