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科学 & 技术

用新的电催化方法去除水中有害的“永久化学物质”

污染遇上解决方案: 全氟烷基和多氟烷基物质(PFAS)通常被称为“永久化学物质”,因为它们分解非常缓慢. 澳门威尼斯人网上赌场的科学家们已经开发出纳米催化剂,可以更经济地修复一种叫做全氟辛烷磺酸(PFOS)的特定类型的全氟辛烷磺酸。. (罗彻斯特大学摄/ J. 亚当窗口)

一种使用激光制造纳米材料的新方法可以为全球可扩展的修复技术奠定基础.

来自 澳门威尼斯人网上赌场 已经开发出新的电化学方法来清除来自 “永远”的化学物质 存在于服装、食品包装、消防泡沫和其他各种产品中. 一个新的 催化学报 澳门威尼斯人网上赌场 描述纳米催化剂的发展,以修复全氟烷基和多氟烷基物质,称为PFAS.

澳门威尼斯人网上赌场人员由化学工程助理教授领导 阿斯特丽德穆勒, 重点关注一种称为全氟辛烷磺酸(PFOS)的特定类型的全氟辛烷磺酸, 这种物质曾被广泛用于抗污产品,但现在因其对人类和动物健康的危害而在世界上大部分地区被禁止使用. 尽管美国制造商在21世纪初逐步淘汰了全氟辛烷磺酸,但全氟辛烷磺酸仍在环境中广泛存在并持续存在, 继续出现在供水系统中.

一位戴着实验室眼镜和手套的科学家正在检查一个装有PFAS化学物质的烧杯.
试水: 材料科学博士生孟子怡对水样进行了测试,以了解澳门威尼斯人网上赌场开发的一种新的电催化技术在修复全氟辛烷磺酸(PFOS)污染方面的效果. 全氟辛烷磺酸曾经广泛用于抗污产品,但现在在世界上大部分地区被禁止使用. (罗彻斯特大学摄/ J. 亚当窗口)

m勒和她的材料科学博士生团队利用她在超快激光方面的独特专业知识创造了纳米催化剂, 材料科学, 化学, 化学工程.

“在液体合成中使用脉冲激光, 我们可以用传统湿化学方法无法做到的方式来控制这些催化剂的表面化学性质,米勒女士说. “你可以通过光与物质的相互作用来控制纳米颗粒的大小, 基本上就是把它们炸开.”

然后,科学家们把纳米颗粒粘在亲水的碳纸上, 或者被水分子吸引. 这就提供了一种具有高表面积的廉价衬底. 使用高浓度的氢氧化锂,他们完全去氟化了全氟辛烷磺酸.

用五个装满水的烧杯和蓝色的亲水性碳纸来描述PFAS修复以解决水中永远的化学物质, 红色的, 黄色的电线和跳线电缆式的夹子固定在上面, 所有这些都在用铝箔覆盖的天平上进行.
除氟工作正在进行: 通过将激光制成的纳米催化剂粘附在亲水碳纸上进行电催化, 罗彻斯特的澳门威尼斯人网上赌场人员创造了更便宜、更有效的方法来修复全氟辛烷磺酸(PFOS)污染. (罗彻斯特大学摄/ J. 亚当窗口)

勒女士说,为了使这一过程大规模地发挥作用, 他们一次至少需要处理一立方米的水. 最重要的是, 他们的新方法使用了所有的非贵重金属, 不像现有的方法需要掺硼金刚石. 根据他们的计算, 用掺硼金刚石处理一立方米污水要花费8美元.5 million; the new method is nearly 100 times cheaper.

以可持续的方式利用PFAS化学品

在未来的澳门威尼斯人网上赌场中, 米勒希望了解氢氧化锂为何如此有效,以及是否更便宜, 可以用更丰富的材料代替,进一步降低成本. 她还希望将该方法应用于一系列PFAS化学物质,这些化学物质仍在广泛使用,但与从婴儿发育到肾癌等一系列健康问题有关.

勒女士说,尽管他们之间存在问题, 完全禁止所有PFAS化学物质和物质是不切实际的,因为它们不仅在消费品中有用, 在绿色科技领域也是如此.

一个戴着手套的手用镊子把碳纸夹在一个装满水的玻璃烧杯上,以说明一种修复PFAS化学物质的新技术, 也被称为永远的化学物质.
我的化学浪漫: 科学家们把激光制造的纳米催化剂粘在碳纸上,用快速反应剂使碳纸亲水(吸水), 阿斯特丽德·梅勒在早期工作中发明的绿色化学过程. (罗彻斯特大学摄/ J. 亚当窗口)

“我最后会说, 许多脱碳工作——从地热热泵到高效制冷再到太阳能电池——都取决于PFAS的可用性,米勒女士说. “我相信在通告中使用PFAS是可能的, 如果我们能利用电催化溶液来破坏碳氟化合物键,在不排放到环境中的情况下安全地将氟化物提取出来,这就是可持续发展的方式.”

虽然商业化还有很长的路要走,但她还是在来自 URVentures, 预计它将被用于废水处理设施,并被公司用于清理他们曾经生产这些PFAS化学物质的污染场所. 她还称这是一个社会正义问题.

“通常在全球收入较低的地区,污染更严重,”米勒说. “电催化方法的一个优点是,你可以使用太阳能电池板的电力,以一种分布式的方式使用它,占地面积小.”

一位科学家戴着手套的手在脉冲激光器装置前拿着一种材料来制造催化剂.
给它开绿灯吧! 澳门威尼斯人网上赌场人员在液体合成中使用脉冲激光制造催化剂, 以传统湿化学方法无法实现的方式控制纳米材料的表面化学. (罗彻斯特大学摄/ J. 亚当窗口)

Q&A和阿斯特丽德·梅勒教授讨论永久化学物质


什么是永远的化学物质??

穆勒: “永远的化学品”是全氟烷基和多氟烷基物质,即PFAS. 这些合成的化学物质非常耐热, 水, 和石油, 使它们对衣服有用, 食品包装, 油过滤器, 消防泡沫, 还有其他各种各样的产品. 它们对许多低碳和零碳技术(如光伏)也至关重要, 绿色的氢, 地热热泵流体, 电动汽车电池. 接触某些PFAS化学品与各种健康影响有关, 包括发育迟缓, 肝损伤, 免疫系统效应, 还会增加患某些癌症的风险.

为什么PFAS被称为永远的化学物质?

穆勒: PFAS非常稳定,很难破坏它们的碳氟键. 由于它们的广泛使用, 它们积聚在环境和污染的水中, 土壤, 野生动物, 全球范围内的人类, 甚至在南极洲这样的偏远地区也有它们存在的证据. PFAS即使在极低浓度下也是有毒的,对人体健康有害.

如何避免永久性化学物质?

穆勒: 通过减少使用含PFAS的产品,人们可以在某种程度上永远避免使用化学物质, 包括不粘锅, 防水服装, 耐污面料, 食品包装, 还有消防泡沫. 受污染的饮用水源也可能是一个重要的接触源. 化学物质永远在野生动物体内积累, 植物, 和水路, 因此,努力修复PFAS污染并限制其进入环境对于长期成功至关重要.

教授兼化学工程师阿斯特丽德·穆勒在实验室里戴着防护眼镜微笑着, 她的倒影出现在她下面的实验室设备上.
澳门威尼斯人网上赌场解释说: 助理教授和化学工程师Astrid m ller回答有关全氟烷基和多氟烷基物质的问题, 哪些是更常见的永久化学物质. (罗彻斯特大学摄/ J. 亚当窗口)

净水器能永远去除化学物质吗?

穆勒: 并非所有的滤水器都能有效去除PFAS. 一般, 活性炭过滤器, 例如在水罐过滤器和安装在水龙头上的过滤器中发现的那些, 不是专门用来去除PFAS的. 然而,一些专门的过滤器,如反渗透系统,可以从水中去除PFAS.

有没有办法摆脱体内永久的化学物质?

穆勒: PFAS具有高度持久性,可在人体内存留数年. 由于它们不容易分解,PFAS会随着时间的推移而积累. 限制PFAS来源的暴露是很重要的. 这包括避免使用含有PFAS的产品, 比如某些不粘锅, 耐污面料, 防水处理.

关于PFAS有什么规定?

穆勒: 随着对PFAS及其有害影响的了解不断发展, 人们越来越意识到PFAS的潜在风险, 导致监管行动,以限制其使用和减少环境污染. 一些国家和地区已经制定了饮用水和消费品中PFAS的指导方针或法规. 在美国,环境保护署(EPA)已经完成了一项 国家的、具有法律效力的饮用水标准. 一些州已经实施了自己的PFAS测试法规和指导方针, 监控, 以及饮用水和环境的修复. EPA还采取措施对特定产品和应用中的PFAS进行监管, 比如消防泡沫.

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