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我们可以去掉永久化学品中的“永久”吗?

2023-10-19 20:16:40

PFAS 绰号“永远的化学品”,无处不在。现在,科学家们正在向大自然寻找清理 PFAS 混乱的方法。


如何解决 PFAS 等问题?超过 9,000 种不同类型的合成全氟烷基物质和多氟烷基物质 (PFAS) 用于制造从消防泡沫到烹饪锅上的不粘涂层的各种产品。PFAS 绰号为“永远的化学品”,具有持久性和普遍性。它们已在雨水、土壤、野生动物和人类中被发现。现在,科学家们正在研究消除其长期影响的方法。


超过2,100 个“热点”被认为受到了对健康有害的 PFAS 污染(每升超过 100 纳克)。遵循与负面健康影响的联系——全氟辛酸 (PFOA) 被国际癌症研究机构 (IARC) 列为可能的致癌物,并且已知某些 PFAS 会破坏激素系统——某些化合物已被禁止持久性有机污染物,一项旨在消除或限制持久性有机污染物的生产和使用的国际环境条约。


但由于环境中已经存在如此多的永久性化学物质,清理它们的成本并不低。


有一些适用于遗留 PFAS 的处理技术。原则上,如果你有世界上所有的钱,你就可以清理污染严重的场地。但是钱从哪里来?我们需要低成本的技术, 低能量。


现在,科学家们正在开发新的方法来清除PFAS污染并防止进一步的环境污染。  


市售水过滤器以及用于水处理厂的工业规模过滤器往往侧重于去除重金属、农药和氯等污染物。 


由于 PFAS 包含如此多种化合物,因此制造能够去除所有这些化合物的过滤器是一个巨大的挑战。


不同的过滤器往往对不同的 PFAS 有效,研究哪些材料和孔径可以最大程度地吸附多种 PFAS 化合物。


一般来说,更丰富的有机物首先会粘附在过滤器上,因此将 PFAS 过滤器放置在过滤系统中有机物含量最低的阶段可能有助于目标 PFAS。


目前存在太多未知因素:“这些化学物质的毒理学尚未完全了解,因此我们并不真正知道哪些化学物质毒性最强。我们只知道它们无处不在,不应该被广泛使用。


然后就是浪费的问题。如果 PFAS能够成功地从水中滤出,那么您将留下含有高浓度 PFAS 的废物。


实现某种程度的降解至关重要。任何新的过滤经济都需要允许客户将受污染的过滤器送走进行适当处置。 


通常情况下,任何剩余的浓缩物都会被填埋或进行能源密集型焚烧。许多 PFAS 的设计具有热稳定性和耐热性 -聚四氟乙烯或 PTFE 可以承受高达 260C (500F) 的温度,长链 PFAS 的燃烧会将短链 PFAS 释放到空气中,从而更容易移动并穿过土壤、进入地下水和水系统——最终回到饮用水中。 


有一些节能的方法可以过滤它,但目前还没有任何节能的方法可以摧毁 PFAS。目前还没有神奇的解决方案。


除了过滤掉 PFAS 之外,一些研究人员正在研究更具成本效益和实用的销毁技术,这些技术无需高温或高压即可分解 PFAS。  


科学家使用电化学和光化学技术来“消灭”被捕获在可重复使用的二氧化硅基材料上的 PFOA。


另一个团队正在使用“深紫外线” ——极低波长(低于 220 纳米)的紫外线——在环境条件下分解 PFAS,而不产生二次废物。一旦受污染的水中注入氢气,高能深紫外线就会激发水和氢气,使它们更具反应性,并能够催化分解 PFAS 的反应。 


    地下水中长链和短链 PFAS 的痕量水平均已被分解。当所有 PFAS 中的强碳氟键被这种绿色化学物质分解时,无需加热或其他化学物质,氟化物是唯一的副产品 - 有助于保护我们的牙齿。


    本质上,我们正在将有毒化学物质转化为有益元素。研究摧毁了一升(0.2加仑)污染水中的PFAS。我们有希望的真实水数据显示出非常高的破坏性。


    刘现在正在建造一个中试规模的系统,该系统每分钟能够处理几加仑的水。他希望在两年内开发出一种每天可处理数百万加仑的紫外线反应器。由于紫外线已被广泛用作消毒方法,可以使用低能耗 LED 紫外线灯将深紫外线改造到市政水处理厂的现有基础设施中。为了商业化,技术必须简单。


    除了水处理外,严重污染场地的土壤修复也是必要的。一种策略是将活性炭泵入土壤中,原位结合 PFAS,以防止泄漏到地下水中,但目前还没有对此进行长期研究。另一种选择是挖出受污染的土壤并使用不同的清洗方法进行清洁,但剩余的水仍然需要通过过滤器或紫外线辐射进行净化。


    一些学者正在向大自然寻求灵感,而微生物可以提供生物解决方案。2019 年,研究人员发现, 经过 100 天的观察, 酸微生物细菌 A6 去除了实验室小瓶中 60% 的 PFOS 和 PFOA。


    PFAS 中的碳氟键具有“化学稳定性”且难以断裂,因此想知道哪些酶可以降解某些化学结构。微生物还没有时间进化出生物降解 PFAS 的方法。在实验室中,我们可以通过酶工程来操纵微生物,而不是等待数百万年的自然进化发生。现在,我们正迈出第一步找出哪些细菌和哪些酶可以完成这项工作。最终,我们的目标是利用它来制造生物催化剂。


    虽然微生物本身无法降解所有 PFAS 污染,但 Men 表示,生物催化剂可以加速一些短链 PFAS 的分解。我们的研究发现,当您的结构氟化较少时,需氧细菌可以做得更好,而且微生物可以在环境温度下轻松生长,因此这也可能具有成本效益。


    研究微生物如何在开发更可降解的 PFAS 替代品中发挥作用。对于 PFAS 发挥重要作用的应用(例如药品),希望微生物研究能够帮助设计更多可生物降解的氟化化合物。我们需要更环保、毒性更小的 PFAS 替代品,但仍具有类似的功能。 


    虽然一些修复技术看起来很有前景,但它们不应该成为继续生产 PFAS 的借口


    对于每种类型的 PFAS,我们都需要一套不同的解决方案 - 不会有直接替代品。解决方案并不总是必须是另一种化学品,有时可能涉及工艺变更或不同的材料。


    当然,我们必须对这些超级污染的地方采取一些措施才能喝上水,但总体解决方案是尽可能停止PFAS的生产和使用。





    源:BBC


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