Вчені здійснили прорив у боротьбі з небезпечними «вічними хімікатами», розробивши інноваційний метод їхнього розщеплення за допомогою матеріалу, що активується сонячним світлом. Це відкриття обіцяє змінити підходи до усунення забруднення, яке десятиліттями накопичувалося в довкіллі та людському організмі.
Невидимий ворог: що таке ПФАС?
Пер- та поліфторалкільні речовини, відомі як ПФАС (PFAS), — це група хімічних сполук, що заслужили прізвисько «вічні хімікати» через їхню надзвичайну стійкість. Вони розкладаються тисячі років, що дозволяє їм невпинно накопичуватися в природі та наших тілах. Ці речовини є повсюдними: їх можна знайти у повсякденних предметах – від антипригарного посуду до косметики, зубної нитки та водонепроникного одягу.
Використання ПФАС розпочалося ще у 1940-х роках, коли їхні унікальні нелипкі властивості високо цінувалися. Однак з часом науковці виявили темну сторону цих сполук. Сьогодні ПФАС пов’язують із низкою серйозних проблем зі здоров’ям, включаючи підвищений ризик аутоімунних захворювань, розладів розвитку, зниження фертильності та онкологічних захворювань у людей. Це призвело до заборони деяких видів ПФАС. Проте, зважаючи на те, що було вироблено близько 15 000 різних типів цих хімікатів, за оцінками, приблизно 98% населення Сполучених Штатів мають ці речовини у своїй крові, що підкреслює глобальний масштаб проблеми.
Сонячне світло на варті чистоти
Тепер команда дослідників знайшла шлях до розщеплення цих стійких хімікатів, перетворюючи їх на безпечніші компоненти, зокрема фторид, який у низьких дозах є нешкідливим і навіть корисним (наприклад, у зубних пастах). Свої революційні висновки вчені опублікували 25 липня у науковому журналі «Small» – видання, що спеціалізується на нанонауці та нанотехнологіях, публікуючи дослідження в галузях матеріалознавства, хімії, фізики та біомедицини.
«Забруднення ПФАС продовжує становити глобальну загрозу для здоров’я, і це дослідження є визначальним кроком до безпечніших спільнот та чистіших екосистем», – зазначив провідний дослідник Камерон Ширер, матеріалознавець з Університету Аделаїди в Австралії. Університет Аделаїди – один із найстаріших і найпрестижніших дослідницьких університетів Австралії, відомий своїми інноваціями в науці та технологіях.
Стійкість ПФАС зумовлена їхніми надзвичайно міцними хімічними зв’язками; ці молекули складаються з «голови» (часто заряджених молекул кисню), з’єднаної з «хвостом» з атомів вуглецю та фтору. Щоб ПФАС розклалися, цей зв’язок має бути розірваний, що є надзвичайно складним завданням за допомогою традиційних методів.
«Багато водних забруднювачів розкладаються шляхом додавання реакційної хімічної речовини, яка зв’язується з вуглецем», – пояснив Ширер. – «Однак у молекулах ПФАС атоми вуглецю захищені таким чином, що робить цей процес майже неможливим».
Інноваційне рішення: фотокаталізатори
В останні роки дослідники активно працювали над методами руйнування ПФАС за допомогою матеріалів, які називаються фотокаталізаторами. Ці речовини поглинають світло, щоб прискорити хімічні реакції. Вчені, які стоять за новим дослідженням, звернулися до фотокаталітичного матеріалу під назвою сульфід кадмію-індію. Ця сполука відома своєю здатністю виділяти реакційноздатні форми кисню – або вільні радикали – після впливу видимого світла.
Змішавши цей матеріал з однією з найпоширеніших ПФАС, відомою як перфтороктансульфонат (ПФОС), дослідники спостерігали, як фотокаталізатор поглинав світло, генеруючи вільні радикали, які атакували атоми фтору у зв’язку. За оптимальних умов це призвело до «повного розщеплення» близько 99% молекул ПФОС. Побічними продуктами цього процесу стали компоненти, які, за словами вчених, можна виділити та використовувати для виготовлення зубної пасти та добавок для добрив. Фторид, наприклад, є важливим компонентом у зубних пастах, який допомагає зміцнювати зубну емаль і запобігати карієсу, і є безпечним для використання в належних концентраціях.
«Матеріали, які ми розробили завдяки нашим дослідженням, можуть бути використані як частина ланцюгів очищення ПФАС, які спочатку захоплюють і концентрують ПФАС у воді, а потім розкладаються під впливом наших світлоактивованих матеріалів», – сказав Ширер. «Ми плануємо розвивати це дослідження, покращуючи стабільність матеріалів, перш ніж їх можна буде застосувати у великомасштабних системах». Це відкриття надає вагому надію на розв’язання однієї з найскладніших екологічних проблем сучасності.
