永远反应堆创造了可以摧毁“化学物质”

“永远的化学物质,”命名的能力持续在水和土壤中,是一类分子无处不在的在我们的日常生活,包括食品包装和家用清洁产品。因为这些化学物质不打破,他们最终在我们的水和食物,他们会导致健康的影响,如癌症或减少生育。

上个月,美国环境保护署提出永远举两个最常见的化学物质,称为PFOA和卵圆孔未闭,认定为“超级基金”,这将使美国环保署更容易跟踪和计划清理措施。

清理显然会更有效,如果永远化学物质可能会毁在这个过程中,和许多研究人员一直在研究如何分解。现在华盛顿大学的一组研究人员有了一个新的方式摧毁PFOA和卵圆孔未闭。研究人员创建了一个反应堆,可以完全分解hard-to-destroy化学品使用“超临界水”,这是在高温和压力形成的。这项技术可以帮助治疗工业废料,破坏永远集中化学物质已经存在于环境和处理旧库存,如消防泡沫永远的化学物质。

这个团队这些研究结果发表在9月7日在化学工程杂志。

威斯康辛大学新闻采访了资深作者Igor Novosselov威斯康辛大学研究助理教授的机械工程,了解细节。

超临界水是什么和它如何摧毁这些分子?

Igor Novosselov:基本上我们的反应堆加热水非常快,但它加热水不同于当你煮意大利面。通常,当你提高温度,水沸腾,变成蒸汽。从那里,水和蒸汽不能得到温度比100摄氏度(华氏212度)。

但如果你压缩的水,你可以转移平衡,得到沸点在高温。如果你增加压力,沸腾的温度增加。有一次,水不会从液体转变为蒸汽。相反,你会触及临界点水将会达到不同的物质状态,称为超临界相。在这里,水不是液体或气体。之间的,线都是模糊的。这是像水分子成为电离的等离子体粒子。这些部分分离分子反弹在高温和高速度。这是一个非常腐蚀和化学激进环境有机分子无法生存。

永远生存在正常水的化学物质,如卵圆孔未闭,PFOA在超临界水可以分解率非常高。如果我们获得正确的条件下,这些顽固的分子可以被完全摧毁,把没有中间产品,只产生无害的物质,如二氧化碳、水和氟盐,通常添加到市政水和牙膏。

你是如何得到这个反应堆开始设计?

:我们最初设计分解化学战剂,也很难破坏。我们花了五年的反应堆。如有重大问题,我们如何保持在这种压力呢?反应堆内部的压力比海平面高出200倍。我们有另一个问题是:我们如何确保反应堆点燃和运行在指定的温度在连续模式?它成为一个工程项目,但毕竟,我们工程师。

核反应堆是如何工作的呢?

:整件事是在一个厚的不锈钢管直径大约一英尺长,一英寸。我们可以改变内部的温度计算出热我们需要去完全摧毁一个化学。一些化学物质需要400 C (752 F),一些650 C (1202 F)。

顶部的反应堆,我们不断注入飞行员燃料、空气和化学我们想破坏,例如:卵圆孔未闭,在超临界水。混合的燃料提供了必要的热量保持超临界,迅速和卵圆孔未闭与这个激进的混合媒体。整体反应时间不到一分钟。在反应器的底部,混合物冷却产生液体和气体放电。我们可以分析在两种液体和气相衡量我们是否已经摧毁了化学。

你发现了什么?

:我们做了同样的实验卵圆孔未闭和全氟辛酸及其盐类(PFOA),因为都是由美国环保署规定。我们看到PFOA消失在超临界条件温和(400摄氏度(750华氏度),而卵圆孔未闭不存在。直到我们到达610摄氏度(华氏1130度)卵圆孔未闭的破坏。在这个温度下,卵圆孔未闭,所有中间体被摧毁——短短30秒。

在较低的温度,卵圆孔未闭的实验显示各种中间分子的形成,包括PFOA。这些分解产物在液相中出来,这意味着他们可以永远存在于废水在生产地点使用化学物质。但其他中间体在气相出来,这是有问题的,因为一般气体排放不规范。这些分子包含元素氟,我们知道这些类型的气体导致温室效应。现在,我们没有办法监控实时气体污染,我们不知道有多少会产生,甚至他们确切的化学成分。

这个项目的下一步计划是什么?

:我们有几个步骤。我们一直使用的反应堆,看看它如何摧毁其他永远化学物质除了卵圆孔未闭,PFOA。我们也评估这项技术可以为真实的工作场景。你可能不能把整个海洋,例如。但我们可能使用这种治疗存在的问题,如永远在生产现场化学废物。

永远的化学污染是一个大问题,它不会消失。我们兴奋地工作,与监管机构和领导班子在学术界和产业界合作寻找解决方案。

参考:李江,奥斯汀C,摩尔年代,Pinkard BR, Novosselov IV。卵圆孔未闭毁灭在一个连续的超临界水氧化反应器。j .化学。英格。2023;451:139063。doi:10.1016 / j.cej.2022.139063

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