Так называемые «вечные химикаты» (forever chemicals) — пер- и полифторалкильные вещества (PFAS) — давно стали головной болью для экологов и медиков. Эти синтетические соединения почти не разрушаются в природе, накапливаются в почве, воде и живых организмах и могут сохраняться десятилетиями. Их связывают с повышенным риском некоторых видов рака, нарушениями развития у детей и осложнениями во время беременности.
Парадокс в том, что PFAS оказались слишком удобными, чтобы от них легко отказаться. С момента изобретения тефлона в 1938 году такие покрытия применяют повсюду — от антипригарной посуды до водо- и грязеотталкивающих тканей. Они не боятся жара, влаги, масла и пятен. Но за эту стойкость приходится платить — и вопрос утилизации PFAS до сих пор остаётся открытым.
Как работает новая технология
Команда исследователей из Университета Райса предложила неожиданное решение. В недавно опубликованной работе учёные описали новый фильтрующий материал на основе так называемых слоистых двойных гидроксидов (LDH). По сути, это соединение алюминия и меди со слоистой структурой и положительным зарядом.
Именно заряд играет ключевую роль. Молекулы PFAS несут отрицательный заряд, поэтому они буквально «прилипают» к LDH, как к магниту. Благодаря такой конфигурации материал поглощает длинноцепочечные PFAS примерно в 100 раз быстрее, чем традиционные системы фильтрации воды. Для очистных сооружений это означает не просто ускорение процесса, а принципиально новый уровень эффективности.
Почему это важно
Сегодняшние технологии могут улавливать PFAS из воды, но дальше начинается самая сложная часть. Собранные соединения приходится хранить в специальных хранилищах опасных отходов, а затем уничтожать с помощью энергоёмкой термической обработки при очень высоких температурах. Полноценной промышленной системы, способной полностью разрушать PFAS, пока не существует.
Новый материал даёт шанс изменить ситуацию. Хотя PFAS часто называют «неразрушимыми» из-за прочной связи между атомами углерода и фтора, исследователи показали: эти связи всё же можно разорвать при сравнительно умеренном нагреве — около 400–500 °C. В процессе фтор связывается внутри LDH и образует фторид кальция — химически стабильное соединение, которое можно безопасно захоронить на обычном полигоне.
Иначе говоря, речь идёт не просто о фильтрации, а о практически полном уничтожении наиболее распространённых длинноцепочечных PFAS — тех самых, которые считаются особенно опасными.
Ограничения и перспективы
Пока технология эффективнее всего работает с длинными цепочками PFAS, тогда как более мелкие и широко распространённые соединения она улавливает хуже. Однако, по словам директора Центра исследований PFAS при Водном институте Университета Райса Майкла Вонга, материал можно доработать так, чтобы он «охватывал» гораздо более широкий спектр этих загрязнителей.
Исследователь PFAS Лора Орландо подчёркивает, что универсального решения здесь быть не может: для борьбы с загрязнением питьевой воды потребуется сразу несколько подходов. Но если новая технология действительно заработает в промышленных масштабах — например, на очистке сточных вод, — на неё стоит обратить самое пристальное внимание.
PFAS стали символом химического прогресса с побочным эффектом: мы научились создавать почти вечные материалы, но не сразу задумались, что делать с ними потом. Разработка учёных из Университета Райса показывает, что даже «вечные химикаты» не так уж неуязвимы — и, возможно, в ближайшие годы у человечества появится реальный инструмент для их окончательного устранения.
Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.
