Επανάσταση στον καθαρισμό νερού: Νέο υλικό εξαφανίζει τα «παντοτινά χημικά» σε λίγα λεπτά. Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Γιούτα στις ΗΠΑ έχουν κάνει ένα σημαντικό βήμα προς την επίλυση ενός από τα πιο επίμονα περιβαλλοντικά προβλήματα: τη μόλυνση του νερού από τα «παντοτινά χημικά», γνωστά ως PFAS. Ανέπτυξαν ένα πρωτοποριακό, πορώδες υλικό που έχει την ικανότητα να απομακρύνει πάνω από το 99% του PFOA – μιας από τις πιο διαβόητες ουσίες της οικογένειας των PFAS – από το νερό μέσα σε μόλις πέντε λεπτά. Αυτή η ανακάλυψη προσφέρει νέα ελπίδα στην αντιμετώπιση μιας από τις πιο ανθεκτικές και επιβλαβείς περιβαλλοντικές απειλές.

Το καινοτόμο υλικό που αναπτύχθηκε είναι ένα μεταλλο-οργανικό πλαίσιο (MOF). Ουσιαστικά, πρόκειται για ένα κρυσταλλικό υλικό με δομή κλωβού γεμάτη από μικροσκοπικούς πόρους, το οποίο σχεδιάστηκε για να λειτουργεί ως ένας υπερ-αποτελεσματικός απορροφητής. Η πρωτοτυπία του MOF δεν περιορίζεται μόνο στην απορροφητική του ικανότητα. Ταυτόχρονα, μπορεί να ανιχνεύει την παρουσία του PFOA μέσω ενός ενσωματωμένου συστήματος φθορισμού. Επιπλέον, το υλικό είναι επαναχρησιμοποιήσιμο, διατηρώντας πάνω από το 93% της ικανότητάς του ακόμη και μετά από πέντε κύκλους χρήσης. Μία ακόμη εντυπωσιακή λειτουργία είναι η αλλαγή χρώματος υπό υπεριώδες φως όταν ανιχνεύει PFOA, προσφέροντας έναν καινοτόμο τρόπο ταυτόχρονης ανίχνευσης και απομάκρυνσης ρύπων. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτή η τεχνολογία μπορεί να προσαρμοστεί και για άλλες ενώσεις της οικογένειας PFAS, ανοίγοντας τον δρόμο για μια νέα γενιά εξειδικευμένων υλικών για τον καθαρισμό του νερού.

Οι σημερινές μέθοδοι απομάκρυνσης των PFAS από το νερό είναι συχνά χρονοβόρες, δαπανηρές ή ανεπαρκείς. Για παράδειγμα, ο καθαρισμός με ενεργό άνθρακα, η πιο κοινή μέθοδος, μπορεί να είναι αργός και να μην είναι αποτελεσματικός με όλους τους τύπους «παντοτινών χημικών». Οι ιονανταλλακτικές ρητίνες λειτουργούν καλύτερα σε ορισμένες περιπτώσεις, αλλά έχουν περιορισμούς όσον αφορά την επαναχρησιμοποίηση και την επιλεκτικότητα.

Η λύση που προτείνει η ομάδα από το Πανεπιστήμιο της Γιούτα, η οποία δημοσιεύθηκε στο έγκριτο περιοδικό «Journal of Materials Chemistry C», βασίζεται στην τροποποίηση του MOF. Οι ερευνητές πρόσθεσαν θετικά φορτισμένες ομάδες, οι οποίες λειτουργούν σαν μαγνήτες, προσελκύοντας τα αρνητικά φορτισμένα μόρια PFOA.

Οι ερευνητές αξιολόγησαν την απόδοση του υλικού σε νερό με διάφορα επίπεδα μόλυνσης από PFOA. Σε υψηλές συγκεντρώσεις, όπως τα 1.000 ppm (μέρη ανά εκατομμύριο), το MOF κατάφερε να προσροφήσει εντυπωσιακά 1.178 mg PFOA ανά γραμμάριο υλικού, ξεπερνώντας κατά πολύ πολλές από τις υπάρχουσες μεθόδους. Ακόμη πιο εντυπωσιακά, σε πιο ρεαλιστικές συνθήκες, με μόλυνση 50 ppb (μέρη ανά δισεκατομμύριο), το υλικό πέτυχε απομάκρυνση άνω του 99% μέσα σε μόλις πέντε λεπτά.

Εκτός από την αποτελεσματική απομάκρυνση, το ίδιο υλικό λειτουργεί και ως σύστημα ανίχνευσης. Αλλάζει από μη φθορίζον σε έντονα φθορίζον όταν ανιχνεύει PFOA. Αυτή η διπλή λειτουργία είναι επαναστατική, καθώς θα μπορούσε να επιτρέψει στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού να παρακολουθούν και να αφαιρούν τη μόλυνση σε πραγματικό χρόνο, απλοποιώντας σημαντικά τις διαδικασίες και μειώνοντας το κόστος.

Κατά τις δοκιμές, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το MOF τους ήταν ιδιαίτερα επιλεκτικό για το PFOA, με απόκριση 14 φορές μεγαλύτερη σε σχέση με το PFOS, ένα άλλο σημαντικό «παντοτινό χημικό». Το υλικό διατήρησε επίσης την αποτελεσματικότητά του ακόμη και παρουσία κοινών αλάτων που βρίσκονται σε πραγματικές πηγές νερού, υποδεικνύοντας ότι μπορεί να λειτουργήσει αποτελεσματικά σε ποικίλες περιβαλλοντικές συνθήκες.

Η ανάπτυξη αυτού του MOF έχει σημαντικές προεκτάσεις για τον καθαρισμό του νερού και την ασφάλειά του. Οι παραδοσιακές μέθοδοι απαιτούν συνήθως ξεχωριστά συστήματα για την ανίχνευση και την απομάκρυνση των ρύπων, αυξάνοντας την πολυπλοκότητα και το κόστος. Ένα υλικό που συνδυάζει και τις δύο λειτουργίες μπορεί να απλοποιήσει δραστικά τη διαδικασία επεξεργασίας νερού, καθιστώντας την πιο προσιτή και αποτελεσματική.

Η παρούσα μελέτη επικεντρώθηκε κυρίως στο PFOA υπό ελεγχόμενες εργαστηριακές συνθήκες. Παρόλο που το υλικό αποδείχθηκε αποτελεσματικό ακόμη και σε αλμυρό νερό, η αποτελεσματικότητά του έναντι μιγμάτων άλλων PFAS και σε πιο σύνθετα περιβάλλοντα θα πρέπει να αξιολογηθεί σε μελλοντικές έρευνες.

Κοιτώντας μπροστά, η ομάδα των ερευνητών πιστεύει ακράδαντα ότι αυτή η προσέγγιση μπορεί να προσαρμοστεί ώστε να στοχεύει και άλλα PFAS πέραν του PFOA. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει στη δημιουργία μιας ολόκληρης σειράς ειδικά σχεδιασμένων MOF για την αντιμετώπιση διαφορετικών ρύπων. Η αρθρωτή φύση της χημείας των MOF επιτρέπει στους επιστήμονες να τροποποιούν τη δομή και τις λειτουργίες τους ώστε να ταιριάζουν σε συγκεκριμένους στόχους, ανοίγοντας νέους ορίζοντες στην περιβαλλοντική τεχνολογία και την προστασία της δημόσιας υγείας.