راهکار نانو برای تجزیه یکی از سرسخت‌ترین آلاینده‌های محیط زیست

 به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، فوم آتش نشانی، ظروف نچسب، منسوجات ضد آب و آفت‌کش‌ها چه وجه مشترکی دارند؟ همه آنها حاوی مواد پرفلوروآلکیل یا پلی‌فلوروآلکیل (PFAS) هستند، مواد شیمیایی ساخت بشر که به طور طبیعی تجزیه نمی‌شوند. پس جای تعجب نیست که PFAS خاک و آب را آلوده کرده باشند و در بدن انسان و حیوانات نیز یافت شوند. خطرات این مواد به خوبی شناخته شده است، آنها می‌توانند به کبد آسیب برسانند، اختلالات هورمونی ایجاد کنند و باعث سرطان شوند. اینها فقط بخشی از مسائل و مصائب این ترکیب سرسخت است.

سالوادور پانه‌ای ویدال، پروفسور مؤسسه رباتیک و سیستم‌های هوشمند ETH زوریخ، روش جدیدی را برای تجزیه زیر گروهی از خانواده PFAS به نام سولفونات‌های پرفلوروکتان یا PFOS ایجاد کرده‌اند. به دلیل سمی بودن، استفاده از PFOS به شدت محدود یا حتی ممنوع شده است.

آندریا وسیانا، دانشجوی دکترای پانه‌ای ویدال می‌گوید: «مشکل اصلی این است که مولکول‌ها از زنجیره‌های کربنی بلند تشکیل شده‌اند که توسط اتم‌های فلوئور احاطه شده‌اند. این پیوند کربن و فلوئور آنقدر قوی است که برای شکستن آن به انرژی زیادی نیاز دارید.»

برای شکستن مولکول‌های PFOS و در نتیجه تجزیه آنها در آب، محققان برای اولین بار از پیزوکاتالیست استفاده کردند. “Piezo” به پیزوالکتریک اشاره دارد، بار الکتریکی که در هنگام تغییر شکل مکانیکی ایجاد می‌شود و “کاتالیست” نیز به تسریع کننده یک واکنش شیمیایی گفته می‌شود. وسیانا درباره روش‌های تجزیه این مواد می‌گوید: «یکی از روش‌ها تجزیه حرارتی است، اما این روش به دمای بیش از ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد نیاز دارد که آن را بسیار انرژی بر می‌سازد.»

وسیانا می‌گوید: «ما نانو موادی را توسعه داده‌ایم که پیزوالکتریک هستند. برای چشم غیرمسلح، این ماده کمی شبیه شن است. در حمام اولتراسونیک، این ذرات دارای بار الکتریکی می‌شوند و به عنوان یک کاتالیزور عمل می‌کنند. این بار الکتریکی است که کل زنجیره واکنش را به حرکت در می‌آورد و مولکول‌های PFOS را قطعه قطعه می‌کند. به همین دلیل است که این نانوذرات را پیزوالکتریک می‌نامند.»

برای اندازه‌گیری غلظت PFOS در نمونه‌های خود، محققان با سامی بولوس، متخصص تحلیلی از آزمایشگاه بیوشیمی مواد غذایی کار کردند. با استفاده از یک طیف‌سنج جرمی، محققان توانستند ثابت کنند که ۹۰٫۵ درصد از مولکول‌های PFOS تجزیه شده‌اند. وسیانا می‌گوید: «باید اشاره کنیم که ما با غلظت بسیار بالای ۴ میلی‌گرم در لیتر کار می‌کردیم. در دنیای طبیعی، مانند دریاچه‌ها و رودخانه‌ها، غلظت PFOS کمتر از ۱ میکروگرم در لیتر است.»