В недавнем исследовании, опубликованном в ACS ES&T Engineering, Фэн «Фрэнк» Сяо и его коллеги из Университета Миссури демонстрируют инновационный метод, использующий термический индукционный нагрев для быстрого расщепления PFAS, остающихся на поверхности двух твердых материалов — гранулированного активированного угля и анионообменных смол — после использования этих материалов для фильтрации PFAS из муниципальных систем водоснабжения. Цель команды — очистить материалы перед их надлежащей утилизацией.
PFAS — это группа синтетических химических веществ, обычно встречающихся в бытовых и промышленных изделиях, таких как противопожарная пена, упаковка для пищевых продуктов и посуда с антипригарным покрытием. Метод основан на эффекте Джоулева нагрева, который использует процесс электромагнитной индукции внутри металлического реактора.
«В этом исследовании мы исследовали использование инженерной техники, используемой для плавки металлов», — сказал Сяо. «Этот метод приводит к 98%-ному разложению PFAS на поверхности абсорбентов, таких как гранулированный активированный уголь и анионообменные смолы, всего за 20 секунд, что делает этот процесс высокоэффективным с точки зрения энергопотребления и намного более быстрым, чем обычные методы».
В последние годы эксперты высказывали обеспокоенность по поводу рисков для здоровья человека, связанных с воздействием ПФА на окружающую среду, включая развитие рака и других серьезных проблем со здоровьем. Сяо, который работает в департаменте гражданского строительства и охраны окружающей среды, сказал, что, хотя PFAS можно отфильтровать из воды с помощью адсорбентов, утилизация использованных или «отработавших» адсорбентов также создает проблемы загрязнения окружающей среды.
«Поскольку группа химических веществ, известных как PFAS, как правило, устойчива к разложению, они создают значительные проблемы для устоявшихся процессов очистки, включая методы утилизации отходов материалов, используемых в качестве фильтров, таких как гранулированный активированный уголь и анионообменные смолы», — сказал Сяо.
Сяо посвятил свою карьеру исследованию способов безопасного удаления ПФАС из окружающей среды, в том числе недавно продемонстрировал аналогичную эффективность при использовании индукционного нагрева для быстрого разложения ПФАС в почве. Он сказал, что текущее исследование также было вдохновлено недавним предложением Агентства по охране окружающей среды (EPA), которое, в случае его доработки, потребует от систем общественного водоснабжения в США контролировать и снижать загрязнение PFAS питьевой водой и отработанными адсорбентами.
Потенциальные недостатки этого метода включают побочные продукты, образующиеся в ходе этого процесса, — органические фторированные соединения и фтористый водород. Хотя эти побочные продукты считаются токсичными при вдыхании или проглатывании, у Сяо есть решение.
«Если газообразные органические фторированные продукты не разлагаются во время индукционного нагрева, для их удаления или разложения потребуется очистка от вредных веществ», — сказал Сяо. «Однако, основываясь на моих предыдущих исследованиях, некоторые из этих продуктов могут разлагаться при обычном термическом воздействии. Одновременно увеличивается выработка фтористого водорода, что желательно, поскольку это означает большую минерализацию или разложение PFAS. Мы обнаружили, что фтористый водород можно удалить простым использованием глины или почвы при умеренных температурах».