超声波可去除地下水中的有毒“永久化学物质”

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最近,新的研究表明,超声波可能具有处理一组称为PFAS(全氟烷基磺酸盐)的有害化学物质的潜力。近一个世纪前发明的全氟和多氟烷基物质,也被称为“永远的化学品”,曾经广泛用于制造炊具、防水服装和个人护理用品等产品。今天,科学家们了解到,接触PFAS会导致许多人类健康问题,如出生缺陷和癌症。但由于这些化学物质内部的键不容易分解,因此众所周知,它们很难从环境中去除。

超声波可去除地下水中的有毒“永久化学物质”

PFAS(per- and polyfluoroalkyl substances),即全氟和多氟烷基物质,是一组多样化的人造化学品,用于各种消费品和工业产品。PFAS不易分解,某些类型已被证明会在环境和人们身体中积累。接触某些类型的PFAS可能产生严重的健康影响。

这些困难促使俄亥俄州立大学的研究人员研究超声波降解,一种利用声音通过切割组成物质的分子来降解物质的过程,可能如何对抗这些化学物质的不同类型和浓度。

通过对含有三种不同大小的含氟调聚物磺酸盐化合物(通常在消防泡沫中发现的PFAS化合物)的实验室制造的混合物进行实验,他们的结果表明,在三个小时内,较小的化合物比较大的化合物降解得更快。这与许多其他PFAS处理方法形成鲜明对比,在这种方法中,较小的PFAS实际上更具治疗难度。

“我们证明,具有挑战性的小化合物可以被处理,而且比大化合物更有效。”该研究的共同作者,俄亥俄州立大学土木,环境和大地测量工程教授Linda Weavers说。“这就是这项技术可能真正有价值的原因。”该研究发表在《物理化学杂志》(The Journal of Physical Chemistry)上。

本文是探索如何使用超声波去除周围有毒PFAS化学物质的少数研究之一,是Weavers先前研究的延伸,该研究确定相同的技术也可以降解市政水龙头和废水中的药物。

“PFAS化合物是独一无二的,因为我们在环境工程中用于其他难以去除的化合物的许多破坏技术对它们不起作用。”Weavers说,“因此,我们真的需要开发一系列技术,以确定哪些技术在不同的应用中可能有用。”

Weavers表示,与其他试图通过与氧化性化学物质反应来分解PFAS的传统破坏方法不同,超声波通过以远低于通常用于医学成像的频率发出声音来净化这些物质。超声波的低音调压力波压缩并拉开溶液,然后产生称为空化气泡的蒸汽袋。

“当气泡崩溃时,它们获得了如此多的动力和能量,以至于它压缩和过度压缩,使泡沫升温。”

就像强大的燃烧室一样,这些微小气泡内部的温度可以达到10,000开尔文,正是这种热量分解了PFAS的稳定碳氟键,并使副产品基本上无害。不幸的是,这种降解方法可能成本高昂且耗能极其高,但由于其他选择很少,公众可能需要考虑投资以保护饮用水和其他用途的地下水,Weavers说。

虽然制造业开始放弃使用PFAS,但监管机构正在努力提高公众对如何避免使用PFAS的认识。今年早些时候,美国环境保护署提出了国家主要饮用水法规(NPDWR, National Primary Drinking Water Regulation),该法规将要求公共供水系统监测某些PFAS,通知公众这些水平,并在超过一定限度时采取措施降低它们。

由于超声波在清除溶液中的PFAS方面非常有效,因此该研究得出结论,科学家和政府机构应考虑在未来的治疗技术开发中将其与其他联合治疗方法一起使用。

尽管Weavers的研究尚未准备好扩大规模以帮助更大的反污染工作,但该研究确实指出,他们的工作可能是为家庭内部公共使用创造小型高能量水过滤设备的开端。

“我们的研究围绕着试图思考如何扩展到更大的东西以及你需要什么才能让它发挥作用,这些化合物随处可见,因此随着我们对它们的了解越来越多,了解它们如何降解和分解对于推进科学发展非常重要。”

其他合著者是俄亥俄州立大学的William P. Fagan和Shannon R. Thayer。

文章来源:21dB声学人,信息源于 eurekalert

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