Tiếng Việt
Các nhà khoa học tại Đại học New South Wales Sydney đã nghĩ ra một phương pháp có khả năng quản lý PFAS làm ô nhiễm nước và không phân hủy trong cơ thể con người.
Các chất per- và poly-fluoroalkyl (PFAS) được gọi là 'hóa chất vĩnh cửu' vì chúng nổi tiếng là có khả năng chống phân hủy. Do cấu trúc hóa học ổn định, PFAS — được tìm thấy trong hàng nghìn biến thể — được sử dụng trong bao bì thực phẩm chống dầu mỡ, đồ nấu nướng chống dính, mỹ phẩm, quần áo và bọt chữa cháy.
Các hóa chất này ngày càng phổ biến, xâm nhập vào nguồn nước và đất. Với báo cáo gần đây tiết lộ rằng nhiều nguồn nước toàn cầu vượt quá giới hạn uống của PFAS, mối lo ngại về tác động của chúng đối với môi trường và sức khỏe đã gia tăng.
Hóa chất này có khả năng chống phân hủy đến mức mọi người trên khắp thế giới có thể có mức PFAS thấp trong cơ thể. Giáo sư Naresh Kumar từ UNSW cho biết: “PFAS là một hóa chất mạnh đến mức không thể bị phân hủy trong cơ thể con người”. “Và điều đó đã trở thành mối lo ngại”.
Bất chấp những nỗ lực không ngừng nhằm phát triển các phương pháp phân hủy PFAS, các phương pháp hiện tại vẫn bị hạn chế do thiếu các quy trình hiệu quả, có thể mở rộng và thân thiện với môi trường.
Để tìm cách giải quyết vấn đề này, nhóm các nhà khoa học từ UNSW Khoa Hóa học đã thiết kế một hệ thống chất xúc tác có thể kích hoạt phản ứng để phá vỡ các loại PFAS phân nhánh phổ biến. Phương pháp mới, được phát triển bởi Kumar cùng với Tiến sĩ Jun Sun và mới được công bố trên tạp chí Nghiên cứu nướccó khả năng được sử dụng để khắc phục PFAS hiệu quả và bền vững hơn trong tương lai.
Sun, tác giả đầu tiên của bài báo, cho biết: “Nhờ bản chất mạnh mẽ, ứng dụng đơn giản và hiệu quả về chi phí, hệ thống mới mà chúng tôi phát triển cho thấy khả năng khắc phục PFAS thành công trong phòng thí nghiệm. Chúng tôi hy vọng có thể thử nghiệm ở quy mô lớn hơn trong tương lai”.
Do những rủi ro tiềm ẩn của hóa chất và độ bền của chúng, nhiều cơ quan quản lý đã thắt chặt các quy định về PFAS và đặt ra giới hạn nước uống phòng ngừa, kể cả ở Úc.
Sun cho biết: “Nhu cầu cấp thiết về việc khắc phục PFAS hiệu quả đã thúc đẩy cuộc điều tra vào một loạt các phương pháp xử lý, trải dài từ các quy trình phân tách vật lý đến các kỹ thuật tiêu hủy tiên tiến, tất cả đều có những hạn chế”.
Các quy trình hiện tại được sử dụng để giảm PFAS
PFAS là một hóa chất có chứa flo được liên kết bằng liên kết cacbon-florua (CF) mạnh, rất khó phá vỡ.
Một phương pháp hiện có để loại bỏ PFAS khỏi nước và đất hoạt động bằng cách hấp thụ PFAS vào vật liệu carbon. Kumar cho biết: “Vì vậy, nếu bạn có một miếng than hoạt tính và bạn cho nước chảy qua nó, bạn có thể hấp thụ PFAS vào than hoạt tính, nhưng sau đó bạn phải đốt nó để tiêu hủy PFAS hoặc lưu trữ nó một cách an toàn”.
Việc này tốn nhiều công sức, không hiệu quả và không tốt cho môi trường. Ngoài ra, mặc dù các kỹ thuật phân tách vật lý như thế này mang lại tiềm năng cô lập PFAS nhưng chúng không thực sự phá hủy hóa chất, cuối cùng làm trầm trọng thêm những thách thức quản lý liên quan đến chất thải bị nhiễm PFAS.
Một phương pháp khác sử dụng chất oxy hóa mạnh để phân hủy PFAS. Tuy nhiên, quá trình này đòi hỏi các hóa chất mạnh để phân hủy PFAS thành các cấu trúc nhỏ hơn, có thể trở nên khó loại bỏ hoàn toàn hơn.
Sun cho biết: “Cần phải tìm ra một cách tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường để loại bỏ PFAS khỏi nước”. “Phương pháp chúng tôi đã phát triển là một loại khử lưu huỳnh khử, làm giảm độc tính của PFAS bằng cách phá vỡ các liên kết CF mạnh của PFAS phân nhánh.”
Phát triển một chất xúc tác hiệu quả
Kim loại hóa trị không nano (nZVM) là một loại chất khử hóa học thân thiện với môi trường mà các nhà khoa học đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ trong việc xử lý nước ngầm và đất bị nhiễm các hợp chất clo, sử dụng quy trình khử clo.
Mặc dù có hiệu quả ở những nơi khác, vẫn còn thiếu nghiên cứu về việc sử dụng nZVM để phân hủy PFAS, phần lớn là do thiếu chất xúc tác thích hợp cần thiết để kích hoạt phản ứng.
Các nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng PFAS có thể bị phân hủy bằng cách sử dụng kẽm nano hóa trị 0 và chất xúc tác tự nhiên vitamin B12, một loại vitamin tan trong nước có trong chế độ ăn hàng ngày của chúng ta. Nhưng một lần nữa, quá trình này diễn ra chậm và không hiệu quả.
Sun cho biết: “Lấy cảm hứng từ thực tế là B12 có khả năng xúc tác phản ứng này, chúng tôi muốn tổng hợp một chất xúc tác mô phỏng hình dạng vòng độc đáo của B12, và chúng tôi đã thực hiện điều này bằng cách sử dụng một cấu trúc được gọi là vòng porphyrin”.
Thử nghiệm phương pháp của họ trên hai loại PFAS phổ biến – PFOS phân nhánh và PFOA – Kumar và Sun đã trộn các hóa chất PFAS với nZVM và vòng porphyrin trong dung dịch đệm và đo lường sự phân hủy của PFAS.
Kết quả từ nghiên cứu mới nhất này cho thấy rằng trong vòng 5 giờ, khoảng 75% florua đã được giải phóng khỏi PFOS và PFOA phân nhánh, làm giảm đáng kể lượng PFAS trong dung dịch. Trong khi đó, hệ thống xúc tác dựa trên B12 chỉ cho thấy khả năng khử flo dưới 8% trong vòng 5 giờ.
Tiềm năng ứng dụng quy mô lớn
Cần phải nghiên cứu thêm trước khi phương pháp này có thể được áp dụng ở quy mô lớn, nhưng nhóm nghiên cứu hoàn toàn có ý định phát triển khám phá của mình xa hơn nữa.
Kumar cho biết: “Bước tiếp theo đối với chúng tôi là thực sự thử nghiệm điều này ở quy mô thí điểm để xem liệu điều này có thể được thực hiện ngoài phòng thí nghiệm trên một mẫu thực tế hay không”. “Sau đó, chúng tôi muốn thử nghiệm nó trong một hệ thống lọc nước thực tế hoặc các địa điểm bị ô nhiễm PFAS”.
Các nhà nghiên cứu cũng đang tìm hiểu cách mở rộng quy trình theo cách thân thiện với môi trường bằng cách kết hợp chất xúc tác vào điện cực.
“Chúng tôi hy vọng có thể thử nghiệm phương pháp này trên PFAS tuyến tính, không chỉ các loại phân nhánh”, Sun cho biết. “Nhưng chúng tôi đã tiến gần hơn một bước đến việc giải quyết một vấn đề môi trường phổ biến”.
Kumar và Sun đã làm việc cùng với Giáo sư Denis O'Carroll, Giáo sư Michael Manefield và Tiến sĩ Matthew Lee từ Trường Kỹ thuật Xây dựng và Môi trường UNSW. Nghiên cứu của họ được tài trợ bởi khoản tài trợ trị giá 3 triệu đô la từ Hội đồng nghiên cứu Úc năm 2019.
Website: https://yeastera.com
Fanpage: https://www.facebook.com/yeastera/