تبدیل آلایندههای PFAS به فلوراید بیخطر با فناوری نور خورشید؛ تحولی نوین در تصفیه و امنیت آبی
پژوهشگران دانشگاه آدلاید (University of Adelaide) موفق به توسعه مادهای فعالشونده با نور خورشید شدهاند که قادر است مواد پر و پلیفلوروآلکیل (PFAS) موجود در آب را تجزیه کرده و این آلایندهها را به اجزای بیخطر، از جمله فلوراید، تبدیل کند. این دستاورد علمی که جزئیات آن در ژورنال معتبر Small منتشر شده است، نویدی برای آینده مدیریت منابع آب و مقابله با چالشهای آلودگیهای نوین محسوب میشود. این کشف بزرگ، یک راهکار کمانرژی و امیدوارکننده برای اصلاح آلودگیهای PFAS ارائه میدهد که پتانسیل بالایی برای کاربرد در تصفیه آب و پاکسازی محیطزیست دارد. در ادامه، جزئیات این خبر که توسط تیم مرکز بینش آب تهیه شده است، بررسی میشود.نکات کلیدی
- توسعه کاتالیست نوری جدید توسط محققان دانشگاه آدلاید برای تجزیه PFAS.
- استفاده از نور خورشید به عنوان منبع انرژی ارزان و در دسترس.
- شکستن کامل پیوند کربن-فلوئور و تبدیل آلایندههای سمی به فلوراید بیخطر.
- قابلیت استفاده از فلوراید تولید شده در محصولات بهداشتی و صنعتی.
- اهمیت حیاتی این فناوری برای امنیت آبی و سلامت عمومی با توجه به خطرات سرطانزایی PFAS.
مکانیسم شکستن “مواد شیمیایی ابدی” و اهمیت آن در فناوری آب
آلودگی ناشی از PFAS همچنان یک خطر جدی برای سلامت جهانی محسوب میشود. دکتر کامرون شیرر (Dr. Cameron Shearer)، محقق ارشد این پروژه از دانشگاه آدلاید، معتقد است که این پژوهش گامی حیاتی به سوی جوامع ایمنتر و اکوسیستمهای پاکتر است. این کشف، نشاندهنده یک راهکار کمانرژی برای اصلاح آلودگی PFAS با کاربردهای بالقوه در تصفیه آب و پاکسازیهای زیستمحیطی است که میتواند توجه هر متخصص حوزه آب را به خود جلب کند. بسیاری از آلایندههای آب با افزودن یک ماده شیمیایی واکنشپذیر که به کربن متصل میشود، تجزیه میشوند. با این حال، در مولکولهای PFAS، اتمهای کربن به گونهای محافظت شدهاند که این فرآیند را تقریباً غیرممکن میسازد.«بسیاری از آلایندههای آب با افزودن مواد شیمیایی واکنشپذیر تجزیه میشوند، اما در مولکولهای PFAS، اتمهای کربن به شکلی محافظت شدهاند که این فرآیند را تقریباً غیرممکن میکند. تیم ما شرایط را تغییر داد و کاتالیست را بهگونهای بهینه کرد که اتمهای فلوئور محافظتکننده PFAS را هدف قرار دهد، که منجر به تجزیه کامل این مواد شیمیایی ابدی شد.»این رویکرد نوین در فناوری آب، با هدف قرار دادن ساختار اتمی محافظتکننده، مانع اصلی در برابر تصفیه این مواد را از میان برداشته است. این فناوری میتواند مکمل مناسبی برای سایر روشهای پیشرفته مانند راهکارهای نوین نانوتکنولوژی در تصفیه آب باشد. نکته جالبتوجه این است که فلوراید تولید شده در این فرآیند میتواند جداسازی شده و در محصولات بهداشتی مانند خمیردندان یا به عنوان افزودنی در کودها مورد استفاده قرار گیرد، که نشاندهنده یک چرخه بازیافت کارآمد در فرآیند تصفیه است.
خطرات PFAS و ضرورت حکمرانی آب در مقابله با آن
مواد PFAS گروهی از مواد شیمیایی مصنوعی هستند که در ظروف نچسب، فومهای آتشنشانی و پارچههای ضدآب استفاده میشوند. این مواد به دلیل پیوندهای بسیار قوی کربن-فلوئور (Carbon-Fluorine bonds)، در برابر تجزیه بسیار مقاوم هستند و به همین دلیل در محیطزیست و بدن انسان انباشته میشوند؛ ویژگیای که باعث شده به آنها لقب “مواد شیمیایی ابدی” (Forever Chemicals) داده شود. برای درک عمیقتر ابعاد این بحران، مطالعه گزارش PFAS: تهدید خاموش در مدیریت منابع آب و راهکارهای فناورانه در سایت مرکز بینش آب توصیه میشود. دادههای اخیر نشان میدهد که بیش از ۸۵ درصد از استرالیاییها دارای مقادیر قابلتشخیص PFAS در خون خود هستند و دستورالعملهای جدید آب آشامیدنی، حدود ایمن برای برخی از مواد شیمیایی PFAS را به تنها نانوگرم در لیتر کاهش دادهاند. این آمار تکاندهنده، اهمیت بحران آب از منظر کیفی و لزوم توجه ویژه مرکز آب ایران و سایر نهادهای نظارتی به استانداردهای نوین کیفیت آب را برجسته میکند. در واقع، مقابله با این ترکیبات بخشی از مبارزه جهانی با آلایندههای نوظهور: چالش جدید مدیریت منابع آب به شمار میرود.«موادی که ما از طریق تحقیقات خود توسعه دادهایم، میتوانند به عنوان بخشی از زنجیرههای تصفیه PFAS مورد استفاده قرار گیرند؛ زنجیرههایی که ابتدا PFAS را در آب جذب و تغلیظ میکنند و سپس از طریق قرار گرفتن در معرض مواد فعالشونده با نور ما، تخریب میشوند.»
چشمانداز آینده و توسعه مقیاسپذیر
دکتر شیرر در خصوص آینده این فناوری توضیح میدهد که برنامهریزی برای توسعه این مطالعه از طریق کارهای جاری روی بهبود پایداری مواد پیش از بهکارگیری آنها در سیستمهای بزرگمقیاس در حال انجام است. این پروژه توسط همکار ایشان در دانشگاه آدلاید، محمود غریب (Mahmoud Gharib)، رهبری میشود. این همکاریها نشاندهنده اهمیت همگرایی تخصصها در دانشگاههای پیشرو برای حل معضلات جهانی است. توسعه سیستمهای بزرگمقیاس برای تصفیه آبهای آلوده به PFAS، میتواند تحولی عظیم در وضعیت آب جهان ایجاد کند و استانداردهای جدیدی را برای سلامت عمومی تعریف نماید.تحلیل اختصاصی تیم Water Insight Hub – مرکز بینش آب
خبر توسعه فناوری تجزیه PFAS با نور خورشید، فراتر از یک دستاورد آزمایشگاهی، یک تغییر پارادایم در فناوری آب محسوب میشود. تا پیش از این، رویکردهای غالب در تصفیه آب (مانند اسمز معکوس یا جذب سطحی) تنها بر جداسازی فیزیکی آلایندهها متمرکز بودند؛ به این معنی که آلاینده از فاز مایع جدا شده و به صورت تغلیظ شده (Brine یا فیلترهای اشباع) باقی میماند که خود به یک معضل زیستمحیطی ثانویه تبدیل میشد. فناوری جدید دانشگاه آدلاید با “مینرالیزه کردن” کامل آلاینده و تبدیل آن به مواد معدنی بیخطر، مفهوم امنیت آبی را ارتقا داده و ریسک بازگشت آلاینده به چرخه طبیعت را حذف میکند. یکی از موانع اصلی بکارگیری فناوریهای پیشرفته تصفیه (مانند اکسیداسیون پیشرفته یا AOPs سنتی)، هزینههای بالای انرژی (OPEX) است. استفاده از نور خورشید به عنوان منبع انرژی محرک در این فناوری، هزینههای عملیاتی را به شدت کاهش میدهد. این ویژگی برای کشورهایی مانند ایران که با ناترازی انرژی و بحران آب همزمان دست و پنجه نرم میکنند، بسیار حائز اهمیت است. مرکز بینش آب بر این باور است که بومیسازی چنین فناوریهایی میتواند فشار اقتصادی تصفیه پسابهای صنعتی را کاهش داده و صنایع آببر را به سمت بازچرخانی واقعی آب سوق دهد. با آشکار شدن خطرات “مواد شیمیایی ابدی”، استانداردهای جهانی آب در حال سختگیرانهتر شدن هستند (در حد نانوگرم در لیتر). سیستمهای تصفیه سنتی موجود در بسیاری از تصفیهخانههای شهری و صنعتی توانایی حذف این آلایندههای میکرو را ندارند. این شکاف در فناوری آب نیازمند توجه ویژه در سطح کلان حکمرانی آب است. رصد دقیق این فناوریها توسط متخصصان حوزه آب و برنامهریزی برای پایلوتهای تحقیقاتی، میتواند زیرساختهای آبی کشور را در برابر تهدیدات کیفی آینده ایمن سازد. برای مطالعه مقاله و متن اصلی خبر کلیک کنید.
مواد پر و پلیفلوروآلکیل (PFAS) ترکیبات شیمیایی مصنوعی هستند که در بسیاری از محصولات صنعتی و مصرفی مانند ظروف نچسب استفاده میشوند. به دلیل پیوند بسیار قوی بین اتمهای کربن و فلوئور در ساختارشان، این مواد در طبیعت و بدن موجودات زنده تجزیه نمیشوند و تجمع مییابند، به همین دلیل به آنها لقب “ابدی” داده شده است.
این فناوری از یک کاتالیست (ماده تسریعکننده واکنش) استفاده میکند که با نور خورشید فعال میشود. این ماده شرایطی را فراهم میکند که پیوندهای محافظتشده اتمهای فلوئور در مولکول PFAS شکسته شود. در نتیجه، ساختار مولکول تخریب شده و به اجزای بیخطری مانند فلوراید تبدیل میشود.
خیر، طبق گفته محققان، فلوراید تولید شده در این فرآیند بیخطر است و حتی میتواند جداسازی شده و در محصولات مفیدی مانند خمیردندان (برای سلامت دندان) یا به عنوان افزودنی در کودهای کشاورزی مورد استفاده قرار گیرد.
روشهای فعلی مانند فیلتراسیون کربن فعال، معمولاً فقط آلایندههای PFAS را از آب جدا و در فیلتر ذخیره میکنند، اما آنها را از بین نمیبرند و فیلترهای آلوده خود به یک زباله خطرناک تبدیل میشوند. اما این فناوری جدید، آلاینده را کاملاً تجزیه و نابود میکند که یک مزیت بزرگ برای مدیریت منابع آب محسوب میشود.
هنوز خیر. اگرچه نتایج آزمایشگاهی بسیار موفقیتآمیز بوده است، اما تیم تحقیقاتی در حال کار روی بهبود پایداری مواد و توسعه سیستمهایی برای استفاده در مقیاس بزرگ صنعتی است. این مرحله توسط محمود غریب در دانشگاه آدلاید در حال پیگیری است.
هانیه اللهوردی
دانشجوی کارشناسی محیطزیست
ایمیل رسمی مرکز بینش آب:
