راهی جدید برای نابود کردن “مواد شیمیایی اَبدی”:

 مفهوم واکنش‌های شیمیایی الکتریکی:

این روش جدید می‌تواند باعث نابودی دو ماده‌ی شیمیایی اَبدی به نام های PFOA و PFOS شود.

محققین دانشگاه واشنگتن راکتوری را ایجاد کرده‌اند که می‌تواند مواد شیمیایی اَبدی را نابود کند. استفاده از اصطلاح “مواد شیمیایی ابدی” به این دلیل است که این مواد توانایی باقی ماندن در خاک و آب را دارند.

 بسته بندی‌های مواد غذایی و لوازم پاک کننده‌ی خانگی  شامل این مواد می شوند و به این علت این مواد در زندگی روزمره‌ی ما وجود دارند. از آنجایی که این مواد شیمیایی درغذا و آب ما تجزیه نمی شوند، می توانند باعث بروز بیماری‌هایی همچون سرطان‏ و باروری ناقص شوند.

آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا، پیشنهاد داد که دو ماده شیمیایی اَبدی رایج PFOSو PFOA این ماه، به عنوان “صندوق سرمایه” تشخیص داده شوند تا بتواند راحت تر آن‌ها را رصد کرده وعملیات  پاکسازی را سازمان دهی کند.

  راکتورها قبل از سرهم شدن:

محققین دانشگاه واشنگتن، راکتوری را ساخته‌اند که می‌تواند به طور کامل مواد شیمیایی را تجزیه و نابود کند. در این ادرس، دو راکتور قبل از سر هم شدن نشان داده شده است:

اعتبار: ایگورنوووسلو/ دانشگاه واشنگتن

اگر مواد شیمیایی اَبدی می توانستند در طی این مراحل به طور کامل نابود شوند، پاکسازی ها قطعاً تاثیرگذار خواهند بود و محققین زیادی در پی یافتن راهی برای انجام این کار هستند. گروهی از محققین دانشگاه  واشنگتن، تکنیک جدیدی را برای نابودی PFOS و PFOA  ابداع کرده‌اند. این محققین راکتوری را ساخته‌اند که می‌تواند با استفاده از ” آب فوق بحرانی” که در دما و فشار بالا شکل می گیرد، این مواد شیمیایی را تا مرز نابودی تجزیه کند. احتمالاً این روش به از بین بردن ضایعات صنعتی، تخلیه مواد شیمیایی اَبدی که در محیط زیست متمرکز شده‌اند و مصرف مواد قدیمی مانند مواد شیمیایی اَبدی در کف‌‌های کپسول آتش نشانی کمک کند. این گروه اخیراً یافته های خودشان را در مجله مهندسی شیمی به چاپ رساندند.

نویسنده ارشد، ایگورنوووسلو، عضو تحقیقات UW پروفسور مهندسی مکانیک دانشگاه به چند سوال در مورد تحقیقاتش پاسخ داد:

 آب فوق بحرانی چیست و چگونه می تواند این مولکول ها را نابود کند؟

ایگور نووسلوف: راکتور ما اساساً آب را خیلی سریع گرم می کند، اما آب را متفاوت از زمانی که آن را برای پاستا می جوشانید، گرم می کند. معمولا وقتی شما دما را بالا می برید آب جوش می آید و بخار می کند در این حالت آب و بخار بیشتر از دمای ۱۰۰ درجه سلسیوس( ۲۱۲ فارنهایت ) نخواهند داشت.

اما اگر شما آب را متراکم کنید، می توانید این تعادل را تغییر داده و این نقطه جوش را به دماهای گرم تر‌ی برسانید. اگر فشار را افزایش دهید، دمای جوش نیز افزایش می یابد. در یک نقطه، آب دیگر از حالت مایع به بخار تغییر نمی کند و به جای آن شما به نقطه‌ی بحرانی که در آن، آب به حالتی متفاوت به نام فاز فوق بحرانی می‌رسد، برخورد می‌کنید. در اینجا آب دیگر مایع یا گاز نیست بلکه چیزی بین این دو حالت است و چیزی شبیه به کرک می باشند. دقیقا چیزی مانند پلاسما و مولکول های آب که شبیه ذرات یونیزه شده هستند.  این مولکول های جدا شده، در دما و سرعت بالا به اطراف میپرند. این محیط به قدری خورنده و از لحاظ شیمیایی مهاجم است که هیچ مولکول ارگانیکی نمی تواند نجات پیدا کند.

مواد شیمیایی که برای همیشه در آب معمولی زنده می مانند، مانند PFOS و PFOA، می توانند در آب فوق بحرانی با سرعت بسیار بالایی تجزیه شوند. اگر شرایط را درست کنیم، این مولکول های مقاوم می توانند به طور کامل از بین بروند و هیچ محصول واسطه ای باقی نگذارند و فقط مواد بی ضرری مانند دی اکسید کربن، آب و نمک های فلوراید تولید کنند که اغلب به آب شهری و خمیردندان اضافه می شوند.

چگونه شروع به طراحی این راکتور کردید؟

IN: ما در ابتدا آن را برای از بین بردن عوامل جنگ شیمیایی طراحی کردیم که از بین بردن آنها نیز واقعاً سخت است. ساخت رآکتور پنج سال طول کشید. سؤالات مهمی وجود داشت از جمله، چگونه می‌توانیم شرایط را در آن فشار نگه داریم؟ در داخل راکتور، فشار ۲۰۰ برابر بیشتر از سطح دریا است. سوال دیگری که داشتیم این بود: چگونه اطمینان حاصل کنیم که راکتور مشتعل شده و در دمای تعیین شده در حالت پیوسته کار می کند؟ این یک پروژه مهندسی شد، اما بالاخره ما مهندس هستیم.

راکتور چگونه کار میکند؟

  ایگور: تمام کار این راکتور در یک  فولاد ضد زنگ به طول یک فوت و قطر یک اینچ  انجام می شود. ما  می توانیم دمای درون آن را  تغییر دهیم تا متوجه شویم که برای نابودی کامل مواد شیمیایی چقدر گرما نیاز داریم.  بعضی مواد شیمیایی به ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد(  ۷۵۲  فارنهایت) وبعضی دیگر به ۶۵۰ درجه سانتی‌گراد(۱۲۰۲ فارنهایت) دما نیاز دارند.

ما به طور مداوم، از بخش بالایی راکتور، سوخت هواپیما، هوا ومواد شیمیایی که قصد نابودی شان را داریم به درون اب فوق بحرانی تزریق میکنیم. سوخت گرمای لازم را برای فوق بحرانی ماندن مخلوط فراهم می کند و PFOS به سرعت با این محیط تهاجمی مخلوط می شود. به طور کلی زمان واکنش کمتر از یک دقیقه است. در انتهای راکتور، مخلوط خنک می شود تا هم مایع و هم تخلیه گاز ایجاد شود. ما می توانیم آنچه را که در فاز مایع و گاز وجود دارد تجزیه و تحلیل کنیم تا اندازه گیری کنیم که آیا ماده شیمیایی را از بین برده ایم یا خیر.

شما به چه چیزی دست یافتید؟

IN: ما آزمایش مشابهی را با PFOS و PFOA انجام دادیم زیرا هر دو توسط EPA تنظیم می شوند. دیدیم که PFOA در شرایط فوق بحرانی خفیف (حدود ۴۰۰ درجه سانتیگراد یا ۷۵۰ فارنهایت) از بین می رود، اما PFOS اینطور نیست. طول کشید تا به دمای ۶۱۰ درجه سانتیگراد (۱۱۳۰ فارنهایت) رسیدیم تا شاهد نابودی PFOS باشیم. در آن دما، PFOS و تمام واسطه ها در عرض ۳۰ ثانیه نابود شدند.

در دماهای پایین‌تر، آزمایش‌های PFOS تشکیل انواع مولکول‌های واسطه، از جمله PFOA را نشان داد. برخی از این محصولات تجزیه در فاز مایع بیرون آمدند، به این معنی که می‌توانند در فاضلاب در محل‌های تولیدی که برای همیشه از مواد شیمیایی استفاده می‌کنند، وجود داشته باشند. اما سایر واسطه ها در فاز گازی در حال بیرون آمدن هستند، که مشکل ساز است زیرا انتشار گاز معمولاً تنظیم نمی شود. این مولکول ها حاوی عنصر فلوئور هستند و می دانیم که این نوع گازها به اثرات گلخانه ای کمک می کنند. در حال حاضر، ما راهی برای نظارت بر آلودگی گاز در زمان واقعی نداریم و نمی دانیم چه مقدار یا حتی ترکیب شیمیایی دقیق آنها را تولید خواهیم کرد.

 مرحله بعدی این پروژه چیست؟

IN: ما چند مرحله بعدی داریم. ما از راکتور استفاده کرده‌ایم تا ببینیم که این رآکتور چقدر مواد شیمیایی دیگر را به‌جز PFOS و PFOA از بین می‌برد. ما همچنین در حال ارزیابی این هستیم که این فناوری چقدر می تواند برای سناریوهای دنیای واقعی کار کند. احتمالا شما نتوانید این تکنولوژی را روی تمام اقیانوس پیاده کنید، اما می توانیم این روش را برای درمان مشکلاتی مانند وجود مواد شیمیایی اَبدی اضافی در نواحی کارخانه ها به کار بندیم.

آلودگی مواد شیمیایی اَبدی مشکل بزرگی است و هیچ ‌گاه از بین نخواهد رفت. ما برای کار بر روی این موضوع بسیار هیجان‌زده هستیم و با تنظیم کنندگان و پیشتازان علم و صنعت همکاری می کنیم تا راه حلی پیدا شود.

 منابع :

“تخریب PFOS در یک راکتور اکسیداسیون آب فوق بحرانی پیوسته” توسط جیانا لی، کنراد آستین، استوارت مور، برایان آر پینکارد و ایگور وی. نووسلوف، ۷ سپتامبر ۲۰۲۲، مجله مهندسی شیمی.

پیام بگذارید

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