تبدیل مواد شیمیایی خطرناک به گرافن برای مقابله با آلودگی آب

ژوهشگران دانشگاه رایس و مرکز تحقیقات ارتش آمریکا، با توسعه‌ روشی نوین موفق به نابودی مواد شیمیایی پایدار موسوم به PFAS شده‌اند؛ موادی که با عنوان «مواد شیمیایی همیشگی» شناخته می‌شوند. این روش نه‌تنها این آلاینده‌های خطرناک را از بین می‌برد،چ بلکه آنها را به ماده‌ای ارزشمند یعنی گرافن تبدیل می‌کند.

کد خبر: ۷۹۲۸۵۵

تاریخ: ۲۸ فروردين ۱۴۰۴ - ۱۵:۱۴

به گزارش گروه علمی ایران اکونومیست از ستاد نانو و میکرو، مواد شیمیایی دارای ترکیبات فلوردار پر و پلی‌فلوئوروآلکیل (PFAS)به‌دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت، آب و روغن، در طیف گسترده‌ای از محصولات مصرفی کاربرد دارند؛ اما همین پایداری شیمیایی باعث شده است که در محیط زیست تجزیه‌ناپذیر باشند، منابع آب را آلوده کنند و خطرات جدی برای سلامت انسان ایجاد کنند.

خطراتی از جمله ابتلا به انواع سرطان و اختلال در عملکرد سیستم ایمنی بدن که روش‌های سنتی برای دفع این مواد، بسیار پرهزینه، پرانرژی و اغلب با تولید آلاینده‌های ثانویه همراه هستند؛ به‌طوری‌که نیاز به راه‌حلی کارآمدتر و سازگار با محیط زیست به‌شدت احساس می‌شود.
پروفسور جیمز تور (James Tour)، سرپرست این تحقیق، می‌گوید: روش ما فقط این مواد شیمیایی خطرناک را نابود نمی‌کند، بلکه آن‌ها را به ماده‌ای ارزشمند تبدیل می‌کند. به گفته وی، با بازیافت کربن مصرف‌شده به گرافن، فرایندی خلق کرده‌ایم که نه‌تنها از نظر محیط‌زیستی سودمند است بلکه از نظر اقتصادی نیز توجیه‌پذیر بوده و بخشی از هزینه‌های تصفیه را جبران می‌کند.

جیمز اضافه می کند: پایه‌ این فناوری، فرآیندی به نام گرمایش فوری ژولی یا Flash Joule Heating (FJH) است. در این روش، ترکیبی از کربن فعال گرانولی (GAC) اشباع‌شده با PFAS و نمک‌هایی مانند سدیم یا کلسیم در معرض ولتاژ بالا قرار می‌گیرند. این ولتاژ شدید، دمایی بالاتر از ۳هزار درجه سانتی‌گراد را در کمتر از یک ثانیه ایجاد می‌کند؛ حرارتی که پیوندهای قوی کربن-فلوئور در ترکیبات PFAS را می‌شکند و آن‌ها را به نمک‌های فلوراید بی‌ضرر و غیرفعال تبدیل می‌کند. در همین حین، کربن فعال نیز به گرافن بازیافت می‌شود.

این پژوهشگر تصریح کرد: نتایج این پژوهش، راندمان بیش از ۹۶ درصد در زدایش فلوئور و حذف ۹۹.۹۸ درصدی اسید پرفلوئورواکتانوئیک (PFOA) را نشان می‌دهد؛ یکی از رایج‌ترین آلاینده‌های PFAS. آزمایش‌های تحلیلی نشان داده‌اند که برخلاف سایر روش‌ها، این فرآیند میزان قابل شناسایی‌ای از ترکیبات آلی فرار خطرناک تولید نمی‌کند.

وی همچنین می گوید: این روش هیچ پسماند ثانویه‌ای مانند خاکستر ناشی از سوزاندن یا دفن کربن آلوده در محل دفن زباله تولید نمی‌کند.

فه‌لِشیا اسکاتلند (Phelecia Scotland)، دانشجوی دکتری و یکی از اعضای تیم تحقیقاتی نیز، درباره اهمیت این روش می‌گوید: این روش دوکاره، یک تغییر بازی واقعی است. زباله را به منبعی باارزش تبدیل می‌کند و در عین حال راه‌حلی مقیاس‌پذیر و مقرون‌به‌صرفه برای یکی از بحرانی‌ترین چالش‌های زیست‌محیطی ارائه می‌دهد.

به گفته این محقق، اهمیت این یافته فراتر از مقابله با PFOA و اسید پرفلوئورواکتان سولفونیک (PFOS) است زیرا حتی ترکیب مقاومی همچون تفلون (Teflon R) نیز با این روش قابل تجزیه است. دمای بسیار بالای حاصل از فرآیند FJH، امکان تخریب طیف گسترده‌ای از ترکیبات PFAS را فراهم می‌کند و راه را برای کاربردهای وسیع‌تر در تصفیه‌ آب و مدیریت پسماندهای شیمیایی باز می‌سازد.

وی تصریح کرد: این روش قابلیت تنظیم برای تولید مواد کربنی ارزشمند دیگری مانند نانولوله‌های کربنی و نانو الماس‌ها را نیز دارد.

اسکاتلند می‌افزاید: با مزایایی همچون هزینه خالص صفر، مقیاس‌پذیری و سازگاری با محیط زیست، این روش گامی مهم در نبرد با مواد شیمیایی همیشگی به‌شمار می‌آید. با افزایش نگرانی‌ها درباره آلودگی‌های PFAS، این نوآوری می‌تواند نویدبخش آینده‌ای سالم‌تر برای منابع آبی و سلامت عمومی باشد.