به نتایج غیر‌ممکن رسیدن

این روش ساده و جدید می‌تواند مواد شیمیایی را برای همیشه از بین ببرد.

مولکول‌های آمونیاک یا متان

مواد پر‌فلورینه و پلی ‌فلورینه، دسته بزرگ و پیچیده‌ ای از مواد شیمیایی مصنوعی هستند که در بسیاری از محصولات معمولی یافت می ‌شوند.

روش جدیدی برای جداسازی این موارد پر‌فلورینه و پلی ‌فلورینه وجود دارد که موجب تجزیه آن به مواد و فرآورده‌ های بی‌ خطر می ‌شود.

اصطلاح « مواد شیمیایی همیشگی» به گروهی از مواد شیمیایی مصنوعی گفته می ‌شود که از دهه ۱۹۴۰ استفاده شده ‌اند. آن ‌ها با آتش از بین نمی ‌روند، خوراک باکتری ‌ها نمی ‌شوند، یا با آب، رقیق می ‌شوند. علاوه‌ براین، اگر این مواد شیمیایی مضر در خاک دفن شوند، به زمین اطراف خود نفوذ می‌ کنند و نسل‌ ها باقی می ‌مانند.

شیمیدان‌ های دانشگاه نورث وسترن اکنون به نتایجی رسیده‌ اند که غیر‌ممکن به نظر می ‌رسند. گروه های مطالعاتی روشی ایجاد کرده ‌اند که منجر به تجزیه دو دسته مهم از ترکیبات مواد پر‌فلورینه و پلی ‌فلورینه می ‌شوند و تنها مواد و فرآورده‌ های بی‌ خطر باقی می ‌مانند. این روش به دمای پایین و واکنش‌ گر‌های ارزان و رایج نیاز دارد.

این روش ساده ممکن است به عنوان روشی موثر برای خلاص شدن نهایی از شر این مواد شیمیایی مضر ثابت شود که با تأثیرات مضر زیادی بر انسان، احشام و سلامت محیطی، مرتبط شده اند. نتایج تحقیقات در مجله علمی چاپ شده‌ اند.

به گفته ویلیام دیکتل، سرپرست این گروه مطالعاتی دانشگاه نورث وسترن، مواد پر‌فلورینه و پلی ‌فلورینه به مشکل اجتماعی بزرگی تبدیل شده ‌اند. حتی ذره ‌ای، تنها مقدار اندکی از این مواد منجر به تأثیراتی منفی بر سلامتی می ‌شوند و از بین نمی ‌روند. ما نمی ‌توانیم فقط منتظر حل این مشکل باشیم. ما می ‌خواهیم از مواد شیمیایی استفاده کنیم تا این مشکل را حل کنیم و راه‌ حلی برای استفاده جهانی پیدا کنیم. خیلی هیجان‌ انگیز است که چطور هنوز راه‌ حل شما تشخیص داده نشده است.

دیکتل، استاد شیمی رابرت ال. لتسینگر در دانشکده علم و هنر نورث وسترن است. بریتانی ترانگ که این پروژه را به عنوان بخشی از پایان نامه دکتری خود که در آزمایشگاه دیکتل کامل کرده است، انجام داده؛ او اولین نویسنده مسئول مقاله است.

همان دسته از مواد طبق نتایج

مواد پر‌فلورینه و پلی ‌فلورینه برای ۷۰ سال به عنوان عناصر نچسب و ضد آب استفاده می‌ شدند، که مدت کوتاهی برای مواد پلی فلوئورو آلکیل بوده است. آن ‌ها معمولاً در دیگ ‌های نچسب، مواد آرایشی ضد آب، کف اطفاء حریق، پارچه‌ های دافع آب، و محصولاتی که در برابر چربی و روغن مقاوم هستند، یافت می‌ شوند.

اما با گذر زمان، مواد پر‌فلورینه و پلی ‌فلورینه، راه خود را به خارج از محصولات مصرف کننده و به سمت تأمین آب و حتی مزاج ۹۷ درصد از آمریکائیان پیدا کردند. مواجهه با مواد پر‌فلورینه و پلی ‌فلورینه خیلی با کاهش باروری در ارتباط است، بر رشد بچه ‌ها تأثیر می ‌گذارد، خطر بیشتری بر بسیاری از انواع سرطان دارد، ایمنی در برابر عفونت ‌ها را کاهش می ‌دهد و سطح کلسترول را افزایش می ‌دهد؛ گرچه پیامد‌های آن بر سلامتی هنوز کاملاً اثبات نشده‌ اند. سازمان حفاظت زیست محیطی ایالات متحده( ای پی آ) با توجه به این تأثیرات زیان‌ آور بر سلامتی، بسیاری از مواد پر‌فلورینه و پلی ‌فلورینه را در نظر گرفته است.

به گفته دیکتل، اخیرا سازمان حفاظت  زیست محیطی ایالات متحده، پیشنهادات خود برای پلی فلوئورو اکتانوئیک اسید را الزاماً به زیر صفر اصلاح کرده است. که مواد پر‌فلورینه و پلی ‌فلورینه زیادی به همان دسته طبق نتایج اضافه می‌ کند.

گرچه تلاش ‌های جامعه برای تصفیه مواد پر‌فلورینه و پلی ‌فلورینه از آب، موفق بوده است اما چند راه‌ حل برای نحوه خلاص شدن از شر این مواد وجود دارد که فوراً از بین می ‌روند. گزینه‌ های کمی که الان وجود دارند، معمولاً شامل از بین بردن این مواد در دما و فشار بالا یا دیگر روش ‌هایی است که به توان ورودی انرژی زیادی نیاز دارند.   

طبق اظهارات دیکتل، مدعی شده ‌اند گیاهی پیدا شده که مواد پر‌فلورینه و پلی ‌فلورینه را می‌ سوزاند و برخی از این ترکیبات را به درون هوا آزاد می‌ کند. این ترکیبات از دودکش‌ ها خارج می ‌شوند و در هوا آزاد می‌ شوند. راهکار ناموفق دیگر، دفن کردن ترکیبات در محل‌ های دفن زباله است. وقتی این کار را انجام دهید، در واقع فقط ضمانت می ‌کنید مشکلی دارید که ۳۰ سال از آن می ‌گذرد چون احتمالاً به آرامی از بین می ‌رود. شما مشکل را حل نکرده‌ اید؛ شما تنها می‌توانید در آینده تسلیم شوید. رمز از بین نرفتن این مواد در اتصالات شیمیایی آن قرار دارد. این مواد حاوی بسیاری از اتصالات کربن فلوئورین است که قوی ‌ترین اتصالات در مواد شیمیایی آلی هستند. به عنوان الکترونگاتیو‌ترین عنصر در جدول تناوبی، فلوئورین خیلی به الکترون‌ ها نیاز دارد. از طرفی دیگر، کربن بیشتر مشتاق تسلیم کردن الکترون ‌های خود است.

طبق توضیحات دیکتل، وقتی شما آن نوع تفاوت میان دو اتم را دارید، و آن‌ها تقریباً یک اندازه هستند، یعنی کربن و فلوئورین، دستورالعملی برای اتصالی بسیار قوی است.

اشاره به نقطه ضعف مواد پر‌فلورینه و پلی ‌فلورینه

اما گروه دیکتل در حال بررسی ترکیبات، نقطه ضعفی پیدا کردند. این مواد پر‌فلورینه و پلی‌فلورینه شامل دامنه‌ای بلند از اتصالات کربن فلوئورین سرکش هستند. اما در یکی از انتها‌های مولکول، گروهی پر شده وجود دارند که اغلب حاوی اتم‌های پر شده اکسیژن هستند. گروه دیکتل، این سر‌قطبی را با دادن حرارت به این مواد پر‌فلورینه و پلی‌فلورینه در سولفوریک اکسید دی متیل، که حلالی غیر عادی برای نابودی این مواد هستند، همراه با سدیم هیدروکسید که واکنشگری رایج است، هدف قرار داده است. این فرآیند، سر‌قطبی را جدا می‌کند و آن را در انتهای واکنش رها می‌کند.

به گفته دیکتل، موجب تمام این واکنش‌ها می‌شود، و شروع به بیرون ریختن اتم‌های فلوئورین از این ترکیبات می‌کند تا فلوئورین شکل بگیرد، که بی‌خطر‌ترین نوع فلوئورین است. گرچه اتصالات کربن فلوئورین خیلی محکم هستند و آن سر‌قطبی پر شده نیز نقطه ضعف است.

در تلاش‌های قبلی برای از بین بردن این مواد پر‌فلورینه و پلی‌فلورینه، محققان دیگری از دمای بالا و تا بیش از ۴۰۰ درجه سلسیوس استفاده کرده‌ اند، دیکتل خیلی هیجان زده شده است از اینکه روش‌های جدید به شرایط متعادل ‌تر و واکنشگری ساده و ارزان وابسته هستند و احتمالاً راه‌ حلی کاربردی ‌تر برای استفاده گسترده ارائه می ‌کنند.

بعد از کشف شرایط تجزیه مواد پر‌فلورینه و پلی ‌فلورینه، دیکتل و ترانگ نیز متوجه شده ‌اند که آلاینده‌ های فلوئوردار با فرآیند ‌های متفاوتی متلاشی می ‌شوند، نسبت به آنکه به طور کلی فرض شود. همکارانی به نام کن هوک از دانشگاه کالیفرنیای لس آنجلس و یولی لی، دانشجویی در دانشگاه تینجین که به نحوی با گروه هوک آشنا شده، با استفاده از روش ‌های محاسباتی قوی، تجزیه مواد پر‌فلورینه و پلی ‌فلورینه را شبیه ‌سازی کردند. محاسبات آن ‌ها به این نتیجه رسید که این مواد با فرآیند‌های پیچیده ‌تری نسبت به انتظارات آن‌ها متلاشی می ‌شوند.

گرچه قبلاً فرض شده است که این مواد باید یک کربن را در یک زمان متلاشی کنند، شبیه‌ سازی نشان می‌ دهد که این مواد، دو یا سه کربن را هم‌ زمان متلاشی می‌ کنند؛ نتیجه‌ ای که با آزمایشات دیکتل و ترانگ نیز مطابقت دارد. محققان با درک این روش ‌ها می‌ توانند تأیید کنند که تنها فرآورده‌ های بی ‌خطر باقی می‌ مانند. این دانش جدید نیز می ‌تواند به راهنمایی بیشتر برای پیشرفت روش ‌ها کمک کند.

به گفته هوک، استاد سر‌شناس شیمی آلی در تحقیقات، مجموعه ‌ای بسیار پیچیده ‌تر از محاسبات به اثبات رسیده که مدرن‌ ترین روش فنی کوانتوم را به چالش کشیده است. نظریه کوانتوم، روش ریاضیاتی است که تمام علم شیمی را شبیه‌ سازی می‌ کند اما تنها در دهه اخیر توانسته که مشکلات ساز‌و‌کاری بزرگی مثل این را بفهمد، تمام احتمالات را ارزیابی کند و تعیین کند که کدام یک می ‌تواند در ارزیابی مشاهده شده اتفاق بیافتد. یولی بر این روش‌ های محاسباتی تسلط یافته و از دور با بریتانی کار کرد تا این مشکل اساسی و بسیار مهم را حل کند.

سپس گروه دیکتل، تأثیرپذیری راهکار جدید خود را بر انواع دیگر مواد پر‌فلورینه و پلی‌ فلورینه آزمایش می ‌کند. در مطالعات اخیر، آن‌ ها با موفقیت ۱۰ پرفلوئورو آلکیل کربوکسیلیک و پرفلوئورو آلکیل اتر کربوکسیلیک از جمله پرفلوئورو اکتانوئیک اسید و یکی از جایگزین ‌های رایج آن به نام ژن ایکس، دو مورد از مهم  ‌ترین ترکیبات مواد پر‌فلورینه و پلی ‌فلورینه را تجزیه کرده‌اند. گرچه سازمان حفاظت زیست بوم ایلات متحده بیش از ۱۲۰۰۰ ترکیبات مواد پر‌فلورینه و پلی ‌فلورینه را شناسایی کرده است.

گرچه ممکن است دشوار به نظر برسد اما دیکتل هنوز امیدوار است.

به گفته او، تحقیق ما یکی از بزرگ ‌ترین نوع مواد پر‌فلورینه و پلی ‌فلورینه از جمله بسیاری از آن‌هایی که در مورد‌شان نگران هستیم را نشان می‌دهد. انواع دیگری وجود دارند که نقطه ضعف یکسانی ندارند اما هر کدام ممکن است نقطه ضعف خود را داشته باشند. اگر بتوانیم آن را تشخیص دهیم سپس می ‌دانیم که چگونه آن را فعال کنیم تا نابود شود.

مرجع: کانی سازی پرفلوئورو کربوکسیلیک در دمای کم، توسط بریتانی ترانگ، یولی لی، شیائو سانگ شیو، محمد آیتا، کی. ان. هوک و ویلیام آر. دیکتل، ۱۸ آگوست ۲۰۲۲، ساینس

دیکتل، عضوی از موسسه پایداری و انرژی در برنامه‌ های دانشگاه نورث وسترن در مورد پلاستیک، اکوسیستم، و سلامت عمومی است؛مرکزی برای تحقیقات آب و موسسه‌ای جهانی برای نانو فناوری

این تحقیق با پشتوانه بنیاد ملی علوم بوده است.

پیام بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *