一组实验和计算化学家开发了一个简单的,降解的新方法的一个子集全氟烃基和氟烷基物质(pfa)——有毒和持久污染物通俗称为“永远的化学物质”——进入良性的终端产品。研究结果发表在《华尔街日报》科学。
pfa的潜在危害
pfa超过9000人造化学物质的一个大家庭。第一个商业生产1940年代,pfa有一个令人难以置信的化学结构稳定,不容易发生反应,使其适用于广泛的应用程序包括厨具的生产不粘涂料,防水服装和消防泡沫的关键部件。每个pfa分子都有一个亲水的“头”组和疏水性的“尾巴”组,与这些化合物由于其稳定性非常强的分子氟债券的“尾巴”,这使他们大多是惰性。
然而,耐久性能也为他们处理存在的问题。pfa在自然环境几乎不降解,导致他们在环境和生物积累包括牲畜。事实上,美国的一项研究发现pfa人类血液样本的97%另一个发现pfa60%的美国城市供应饮用水水井。这可能对健康有重大影响,因为pfa与各种相关生病了影响如患某些癌症的风险增加,生育能力下降,低出生体重和胆固醇水平升高。美国环境保护署(环境保护署)甚至更新的健康报告宣布一些pfa不安全甚至在微量,放置在一个类似的领导水平。
目前,pfa期间可以提取污水处理利用技术,如吸附活性炭或离子交换树脂。然而,缺乏安全有效的方法来摧毁pfa一旦移除。先前的努力销毁或处置pfa包括焚化,向空气中排放有害污染物,垃圾填埋场和埋葬,只有延迟问题和pfa渗到土壤里去的。最近的方法,努力降低pfa特别能源密集型,需要在高温度和压力是有效的。现在,研究人员已经开发出一种新的低温使用廉价的方法,常见的试剂安全地降低亚型羧酸盐pfa——被称为perfluorocarboxylic酸(PFCAs)——他们希望有一天扩展到其它pfa的化合物。
识别化学的致命弱点
当学习pfa弱点可以利用降解,研究人员发现了一个潜在的脆弱性PFCAs——即他们的极性(即。不均匀带电)羧酸盐“头”组。这些含有全氟烃基离子,使他们更被动,因此更容易退化,比惰性氟碳“尾巴”。这些化合物有可能发现的致命弱点,研究人员发现,一旦他们移除这些羧基组(也称为脱酸),这导致的分子被“砍掉”,并允许它退化。
偶极非质子溶剂,如二甲亚砜(DMSO),常用于这些类型的反应——被用来脱羧基PFCAs在相对较低的温度下(80到120°C)的氢氧化钠(氢氧化钠)在正常压力。这有效地“斩首”头组,留下尾巴组,然后迅速降低氢氧化钠的存在。例如,其中一个PFCA并酸(PFOA),有效地退化> 90%的氟在120°C。这产生的混合物产品:氟、三氟醋酸盐离子和含碳副产品。
19F NMR光谱-一种技术用于识别含氟化合物进行反应在24小时内收集的样本调查氟有机化合物降解。这表明,他们不再能够检测PFOA 14小时后反应。PFOA因此迅速破坏,任何可识别的副产品继续随时间降低到氟,氟的最安全的形式。进一步的分析表明,大约90%的氟原子,起源于PFOA被恢复为氟离子反应24小时后的时间。这个高水平的氟复苏的反应表明,pfa成功退化,不生产小链pfa。
另外,这些化学反应用计算机模型来模拟密度泛函理论(DFT)计算表明这些化合物不降低预期,实际上是更复杂的机制。不同pfa化合物不同尾巴的长度,并通过迭代之前认为PFCAs退化的单一碳沿着这些反面。然而,计算化学建议这些由两到三个碳链降解,突显出一个更复杂的比最初认为的机制。这些模型也证实了实验数据显示只有良性副产品留在最后的反应。
在一起,本研究总共10 PFCAs退化和全氟烃基醚羧酸(PFECAs)——pfa的另一个主要类污染物。研究结果表明,该方法可归纳的,可以应用到其他类型的pfa——比如perfluorooctane磺酸盐(卵圆孔未闭)——一旦方法激活他们的“头”集团被发现。尽管有大约11990其他pfa化合物被美国环保署没有进行这种分析,威廉博士Dichtel西北大学化学教授和这项研究的资深作者,类似的技术应用到其他持乐观态度pfa的化合物。“我们的工作解决最大的pfa类之一,包括许多我们最担心的是,”他在一次新闻发布会上解释道,“还有其他类不具有相同的阿基里斯的脚跟,但每个人会有自己的弱点。如果我们能确定它,然后我们知道如何激活它摧毁它。”
清理pfa污染
在一次采访中讨论该方法的应用前景188金宝搏备用该研究的第一作者,布列塔尼博士Trang说:“我们的方法槽在水净化过程后pfa已经从水中移除。它更节能的治疗后pfa过滤器或其他方法将它从水里取出。例如,反渗透系统可以收集pfa的集中注意力,或者一个离子交换树脂可以再生吸附剂来创建一个集中pfa浪费的解决方案。我们的方法可以治疗,集中pfa浪费;然而,将之整合到任何工业系统将采取更比我们目前所做的优化。”
她继续说,“我认为更立即承诺,我个人希望这个方法将用于pfa降解领域——是让人们思考设计破坏方法不同。现在我们知道更多关于潜在pfa退化机制和知道我们可以在更低的温度下发生的降解途径比此前认为的可能,我希望其他研究人员要么能够迭代与新思想在我们的研究类似的系统或看自己的研究,我们在研究中发现的一些事情可能会适用他们的方法。”
布列塔尼博士Trang说莎拉·惠兰,科普作家技术网络。188金宝搏备用
参考:李董里B, Y,雪XS, Ateia M,胡克KN, Dichtel弯角。低温成矿perfluorocarboxylic酸。科学。2022,377 (6608):839 - 845。doi:10.1126 / science.abm8868
