Улучшенная очистка воды: новые материалы могут удалять вредные ПФАС
Недавно разработанные MOF могут быстро улавливать некоторые вредные PFA и использоваться снова и снова
Новые материалы могут удалять вредные “химические вещества навсегда” из воды более быстрым и экологичным способом, чем предыдущие.Так называемые «форевер химикалз» — это группа из более чем 10 000 печально известных соединений. Их официальное название — пер- и полифторалкильные вещества, или сокращенно ПФАС. И они используются для изготовления кухонной посуды, упаковки для пищевых продуктов, косметики и многих других продуктов. ПФАС — это своего рода “мстители” за химикаты, поскольку их очень трудно уничтожить, говорит Сомья Мукерджи. Он работает химиком-материаловедом в Университете Лимерика в Ирландии. Но во многих отношениях ПФАС больше похожи на злодеев, чем на героев. Из-за своей прочности ПФАС, попадающие в окружающую среду, остаются там надолго. Они загрязняют почву, продукты питания и питьевую воду. Воздействие этих химических веществ приводит к проблемам со здоровьем.
Некоторые существующие материалы, такие как активированный уголь, могут отфильтровывать ПФК из воды. Но активированному углю требуется несколько часов, чтобы впитать все ПФК, которые он может вместить. Прокачка воды через фильтры с активированным углем также является дорогостоящим процессом и требует много энергии. Более того, активированный уголь нелегко перерабатывать. После заполнения его PFAS, как правило, сжигают.Команда Мукерджи хотела разработать более быструю и многоразовую альтернативу. Поэтому они обратились к металлоорганическим каркасам, или MOF. Эта группа материалов известна своей способностью удерживать молекулы. Металлы и органические молекулы MOF образуют огромную сеть с большим количеством свободного пространства внутри. Молекулы PFAS могут располагаться на поверхности всех этих укромных уголков и трещин.Исследователи создали четыре типа MOF. Все они содержали металлический цирконий. Но у них были различия в составе органических молекул. Эти различия изменили способ взаимодействия PFAS с MOF. Исследователи также взяли каждый из этих четырех MOF и добавили слой кремнийорганического материала (OS). Изменение поверхности таким образом может повлиять на прилипание PFAS. В результате команда протестировала в общей сложности восемь материалов — оригинальную версию каждого MOF и версию с покрытием OS.
В некоторых MOF содержится больше PFAS, чем в активированном угле. (Активированный уголь содержит только 40 процентов одного из химических веществ форевер, называемого PFOA. Он содержит 71 процент другого вещества, называемого ПФОС.) Новые материалы также улавливают химические вещества форевер менее чем за 30 минут. Это было намного быстрее, чем активированный уголь. Промыв MOF в ацетоне или других обычных лабораторных химикатах, они удалили собранные PFA. MOF можно использовать для фильтрации питьевой воды, промывать и затем использовать снова.
Исследователи поделились своими результатами 12 февраля в журнале Advanced Materials.
Ни один из их материалов не смог успешно справиться с одним типом химикатов forever. “Вряд ли есть что-то, что действительно хорошо подходит для GEnx”, — говорит Мукерджи. GEnx был самым компактным из протестированных PFA. По его словам, молекулам меньшего размера легче избежать воздействия МОФ. Ученые все еще ищут материалы с подходящим химическим составом для улавливания этих неуловимых загрязнителей.
Коллекторы PFAS
Команда Мукерджи изготовила восемь типов MOF. Все типы содержат один и тот же металл и имеют одинаковую структуру. Но у них есть различия в органических молекулах, которые изменяют их свойства. Каждая пара материалов, показанных на этом графике, имеет одинаковую MOF. Второй материал в каждой паре покрыт кремнийорганическим покрытием (OS). Полученные данные показывают, насколько хорошо различные материалы усваивают три различных типа химических соединений PFAS (PFOA, PFOS и GEnx). В каждом тесте исследователи подвергали один тип MOF воздействию известного количества одного типа PFAS. Они измерили, сколько PFAS осталось через 24 часа, а затем рассчитали процент, который был удален Министерством здравоохранения.
<загрузка изображения="ленивое" декодирование="асинхронное" width="1440" height="742" src="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_PFAS_AT_chart.png " alt="таблица с данными о том, насколько хорошо различные материалы сочетаются с тремя различными типами химикатов PFAS" class="wp-image-3161865" srcset="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_PFAS_AT_chart.png 1440 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_PFAS_AT_chart-680x350.png 680 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_PFAS_AT_chart-800x412.png 800 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_PFAS_AT_chart-330x170.png 330 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_PFAS_AT_chart-768x396.png 768 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_PFAS_AT_chart-1030x531.png 1030 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_PFAS_AT_chart-1380x711.png 1380 Вт" размеры="авто, (максимальная ширина: 1440 пикселей) 100 Вт, 1440 пикселей" />
Загрузка данных:
- Рассмотрим первый из каждой пары MOF (MOF 1, MOF 2, MOF 3 и MOF 4). Какой из них лучше всего удаляет PFA?
- Теперь сравните MOF в каждой паре с соответствующими MOF-OS. Какой из них лучше удаляет PFA — с OS или без OS?
- В целом, какой из MOF или MOF-OS удаляет больше всего PFOA и ПФОС? На сколько больше ПФОС он удаляет, чем GEnx?
- В воде PFAS обычно представляет собой смесь различных молекул. Какую стратегию могли бы использовать исследователи для получения различных видов PFA в одном и том же растворе?