- มหาวิทยาลัยรัฐแอริโซนาได้พัฒนาเทคโนโลยีใหม่ที่สามารถทำลาย PFAS เพื่อแก้ไขปัญหามลพิษในสิ่งแวดล้อม
- วิธีการบำบัดน้ำแบบดั้งเดิมไม่สามารถย่อยสลาย PFAS ได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงแค่กักเก็บไว้
- เทคโนโลยีใหม่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตินัมและอะตอมไฮโดรเจนในการทำปฏิกิริยาเคมีเพื่อทำลายฟลูออรีนที่ปกป้อง PFAS
- เทคโนโลยีนี้สามารถกำจัด PFAS ได้มากกว่า 90% ในการทดลอง แสดงให้เห็นถึงผลลัพธ์ที่ดี
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยรัฐแอริโซนาได้พัฒนาเทคโนโลยีใหม่ที่สามารถทำลายสาร PFAS ซึ่งมักถูกเรียกว่า "สารเคมีถาวร" สารเคมีถาวรเป็นกลุ่มสารสังเคราะห์ที่จนถึงปัจจุบันยังไม่สามารถย่อยสลายได้ ในการศึกษาหนึ่ง สมาคมนานาชาติได้ออกแบบฟิล์มตัวเร่งปฏิกิริยา "นักล่า-ผู้ฆ่า" เพื่อกำจัดโมเลกุลที่เป็นพิษเหล่านี้ "เราทุกคนมี PFAS อยู่ในร่างกาย สารเหล่านี้มีอยู่ในสิ่งแวดล้อมอย่างต่อเนื่องและสามารถสะสมในห่วงโซ่อาหารได้ ดังนั้นมันจึงเป็นปัญหาที่สำคัญ"
บรูซ ริตต์แมน (Bruce Rittmann) ผู้อำนวยการศูนย์เทคโนโลยีชีวภาพสิ่งแวดล้อมของสถาบันออกแบบชีวภาพกล่าว
วิธีการบำบัดน้ำแบบดั้งเดิม เช่น ตัวกรองคาร์บอนที่มีการใช้งาน, เรซินแลกเปลี่ยนไอออน และเทคโนโลยีการกรองแบบย้อนกลับ สามารถดึง PFAS ที่เป็นพิษออกจากน้ำดื่มได้ อย่างไรก็ตาม วิธีการเหล่านี้ไม่สามารถทำลายสารเคมีเหล่านี้ได้ แต่เพียงแค่กักเก็บมลพิษไว้ นอกจากนี้ กระบวนการเหล่านี้ยังทิ้งน้ำเกลือที่เข้มข้นและตัวกรองที่เป็นอันตราย ซึ่งในที่สุดจะถูกฝังหรือเผา ทำให้ปัญหาถูกเลื่อนออกไปแทนที่จะถูกแก้ไข "PFAS ย่อยสลายได้ยาก กระบวนการบำบัดปกติไม่สามารถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพ" ริตต์แมนเสริม เหตุผลที่ทำให้มันแข็งแกร่งคือพันธะคาร์บอน-ฟลูออรีน ซึ่งถือเป็นพันธะที่แข็งแกร่งที่สุดในเคมีอินทรีย์
อะตอมฟลูออรีนปกป้องโครงสร้างคาร์บอนเหมือนเกราะที่กัดกร่อน ซึ่งจุลินทรีย์ไม่สามารถย่อยสลายได้ และสารเคมีไม่สามารถเจาะทะลุได้ "จริงๆ แล้วไม่มีจุดเริ่มต้นในการย่อยสลาย" ริตต์แมนอธิบาย
หลักการทำงานของเทคโนโลยีใหม่
เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ทีมงานของริตต์แมนได้ร่วมมือกับพันธมิตรจากมหาวิทยาลัยไรซ์, มหาวิทยาลัยทงจิ, มหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ และมหาวิทยาลัยนานจิง โดยหันไปใช้วิธีการจับคู่โมเลกุลที่ชาญฉลาด นักวิจัยได้สร้างฟิล์มเส้นใยกลวงที่มีอนุภาคนาโนแพลตินัมหุ้มอยู่ แทนที่จะโจมตี PFAS ในแหล่งน้ำเปิด กระบวนการนี้เริ่มทำงานจากภายใน โดยมีไฮโดรเจนที่ถูกอัดผ่านท่อเส้นใยกลวงขนาดเล็กไปยังด้านนอก จนกระทั่งพบกับตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตินัม ตัวเร่งปฏิกิริยานี้จะแบ่งโมเลกุลไฮโดรเจนที่จับคู่กันออกเป็นอะตอมไฮโดรเจนที่มีปฏิกิริยาสูง
ในขณะเดียวกัน โมเลกุล PFAS ที่ลอยอยู่ในน้ำจะติดอยู่ที่พื้นผิวแพลตินัม ทำให้ไฮโดรเจนที่มีปฏิกิริยาและมลพิษที่เป็นเป้าหมายรวมตัวกันเพื่อทำลาย เมื่อเป้าหมายพบกับไฮโดรเจนที่ถูกกระตุ้นที่พื้นผิว ตัวเร่งปฏิกิริยาจะกระตุ้นปฏิกิริยาเคมีที่รุนแรง ไฮโดรเจนจะทำลายฟลูออรีนที่ปกป้อง ทำให้โมเลกุลสูญเสีย "พลังพิเศษ" ที่ทำให้มันเป็นสารเคมีถาวร และกลับคืนสู่ส่วนประกอบที่ไม่เป็นอันตราย
ความท้าทายและอนาคตของเทคโนโลยี
ในการทดลองที่ดำเนินการต่อเนื่องเป็นเวลา 58 วัน ระบบนี้ได้บำบัดน้ำที่มีสาร PFAS หกชนิดที่มีความสำคัญตามกฎระเบียบ โดยสามารถกำจัดสารแต่ละชนิดได้มากกว่า 90% และทำลายฟลูออรีนรวมได้ 83% รายงานระบุว่าน้ำใต้ดินที่มีความเข้มข้นของ PFAS สูงพบได้ทั่วไปในฐานทัพทหาร, สถานที่ฝังกลบของเทศบาล, สนามบิน และโรงบำบัดน้ำเสีย สารพิษเหล่านี้สะสมในพืช, สัตว์ และเนื้อเยื่อของมนุษย์ ซึ่งการสัมผัสมีความเกี่ยวข้องกับมะเร็งไต, โรคต่อมไทรอยด์, ความบกพร่องทางภูมิคุ้มกัน และการพัฒนาที่ล่าช้า กลไกทั่วไปที่สามารถทำลายสารประกอบทั้งหมดอาจเปลี่ยนแปลงวิธีการฟื้นฟูสิ่งแวดล้อม
ก่อนที่เทคโนโลยีนี้จะสามารถนำไปใช้ในระบบน้ำประปาได้ ยังมีความท้าทายหลายประการที่ต้องแก้ไข เช่น ต้องลดปริมาณแพลตินัมที่จำเป็นเพื่อลดต้นทุน ราคาซื้อขายของโลหะมีค่าชนิดนี้อยู่ที่ประมาณ US$50,000 ต่อกิโลกรัม (ประมาณ HK$390,000) การนำไปใช้จริงอาจจะต้องจับคู่ตัวเร่งปฏิกิริยากับวิธีการกรองที่มีอยู่ โดยเริ่มจากการเข้มข้นน้ำที่ปนเปื้อน ซึ่งจะทำให้ระบบตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถทำลายของเสียที่เกิดขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ การเกิดขึ้นของเคมีนักล่า-ผู้ฆ่าแสดงให้เห็นว่าสมบัติพิษที่ยั่งยืนนี้อาจจะสิ้นสุดลงในที่สุด
รายการ สเปค ระยะเวลาการบำบัด 58 วัน อัตราการกำจัด มากกว่า 90% อัตราการทำลายฟลูออรีน 83%
ผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากเทคโนโลยีใหม่ต่อการฟื้นฟูสิ่งแวดล้อม
PFAS ถูกเรียกว่า "สารเคมีถาวร" เนื่องจากมีอยู่ในสิ่งแวดล้อมอย่างยั่งยืนและย่อยสลายได้ยาก ส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศและสุขภาพของมนุษย์ เทคโนโลยีใหม่ของมหาวิทยาลัยรัฐแอริโซนานี้ โดยใช้วิธีการเร่งปฏิกิริยาที่สร้างสรรค์ มีศักยภาพในการกำจัดสารที่เป็นอันตรายเหล่านี้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นการก้าวหน้าอย่างสำคัญในด้านการฟื้นฟูสิ่งแวดล้อม แม้ว่ายังต้องเผชิญกับความท้าทายด้านต้นทุนและการนำไปใช้ แต่การค้นพบนี้อาจเปลี่ยนอนาคตของอุตสาหกรรมการบำบัดน้ำ ส่งเสริมการจัดหาน้ำดื่มที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น และลดผลกระทบระยะยาวของ PFAS ต่อระบบนิเวศ