Еще конце прошлого года была поднята дискуссия о последствия необдуманного применения так называемых «вечных химикатов» в сельском хозяйстве и последствиях этого для природы, животных и человека.
Напомним: что же это такое?
Токсичные вещества, которые остаются в окружающей среде и в организме на неопределенный срок.
PFAS обычно называют «вечными химикатами», потому что их практически невозможно расщепить.
PFAS — это полностью синтетические вещества, созданные в рамках сверхсекретного Манхэттенского проекта по созданию ядерной бомбы во время Второй мировой войны.
После войны компания 3M купила патент на разработку этих недавно открытых химических веществ и обнаружила, что они отлично защищают от воды, масла и пятен. Компания 3M создала популярный продукт Scotch Guard.
ПФАС быстро стали практически повсеместными в жизни американцев, попадая в пищевую упаковку и противопожарную пену, в косметику и зубную нить, в наши дома в виде ковров и диванов, а также в антипригарные сковороды компании DuPont.
«Он содержится в противопожарном снаряжении, в огнестойкой одежде, в которую мы одеваем младенцев, в мебели, которую мы покрываем огнезащитным спреем, — сказала защитница окружающей среды Эрин Брокович. — Он содержится в косметике, он повсюду. Он содержится в наших кофейных чашках. Он содержится во всём. Это довольно катастрофично, что такое химическое вещество проникло во все аспекты нашей жизни».
ПФАС связаны с целым рядом серьёзных проблем со здоровьем, включая рак, повреждение печени, щитовидной железы и снижение фертильности.
По данным Центра по контролю и профилактике заболеваний, ПФАС сейчас можно обнаружить в крови 97% американцев.Геологическая служба США считает, что они содержатся в 45% местной питьевой воды.
Исследователи из Университета Райса
Исследователи из Университета Райса разработали революционный метод удаления и уничтожения ПФАС, или «вечных химикатов», из систем водоснабжения.
• В процессе используется мгновенный нагрев для минерализации ПФАС, преобразования их в инертные фтористые соли и переработки отработанного углерода в ценный графен.
• Этот инновационный подход предлагает экономически эффективное, масштабируемое и экологически чистое решение насущной глобальной проблемы.
• Тем временем учёные в Токио изучают устойчивые материалы на основе углерода и мембранную дистилляцию для удаления ПФАС, демонстрируя многообещающие достижения в области технологий очистки воды.
Группа исследователей из Университета Райса представила, как они его назвали, революционный метод борьбы с этой экологической угрозой.
Исследование, опубликованное в журналеNature Water 31 марта, демонстрирует новый подход, который не только устраняет PFAS из водных систем, но и превращает отходы в ценный графен, предлагая устойчивое и экономически выгодное решение проблемы, которая долгое время не поддавалась эффективному устранению.
ПФАС, группа синтетических соединений, которые характеризуются устойчивостью к высоким температурам, воде и маслам, проникли в пресноводные системы по всему миру, представляя значительный риск для здоровья, включая рак и нарушения иммунной системы.
Традиционные методы утилизации ПФАС, такие как сжигание и захоронение на полигонах, являются дорогостоящими, энергозатратными и часто приводят к образованию вторичных загрязняющих веществ, усугубляя экологическую нагрузку.
«Ещё в 1963 году компания 3M знала о рисках, связанных с этими химикатами. Они указали в своём руководстве, что они токсичны и требуют соблюдения мер предосторожности», — сказал Макрой.
В 1970 году испытания противопожарной пены пришлось прекратить, когда из-за этого вещества погибла вся рыба.
Затем, в 1973 году, исследование DuPont показало, что ПФАС в упаковке для пищевых продуктов влияет на печень собак.
А в 1975 году появились первые признаки того, что ПФАС уже циркулировал в крови американцев.
«Это никак не связано с исследованиями PFAS — просто учёные изучали химические вещества в крови человека, — сказал Макрой. — К 1975 году у среднестатистического человека в крови уже были PFAS».
Судебные документы показывают, что 3M вскоре воспроизвела это в своих собственных исследованиях. В письме 1979 года от их юристов, по-видимому, содержится совет компании скрыть, что химическое вещество, обнаруженное в человеческой крови, является разновидностью ПФАС.
Годом позже, в 1978 году, компания DuPont предупредила 3M о токсическом воздействии ПФАС на пищевую упаковку.
Судя по документам, в конце 1970-х — начале 1980-х годов компании 3M и DuPont начали осознавать, что их сотрудники заболевают.
«В 1981 году компания 3M была настолько обеспокоена возможностью врождённых дефектов, вызванных этими химикатами, что фактически перевела всех работниц завода на должности, не связанные с воздействием этих веществ», — сказал Макрой.
К 1984 году PFAS начинает появляться в воде. В частности, компания DuPont обнаруживает эти химические вещества в Литтл-Хокинге, штат Огайо. Они не сообщают об этом коммунальным службам.
«Уровни, которые они обнаружили тогда, сегодня считались бы очень высокими», — сказал Макрой.
В конце 1980-х — начале 1990-х годов работники продолжали заболевать: компания 3M обнаружила рост заболеваемости раком среди своих сотрудников, а у мужчин-сотрудников повысилась вероятность смерти от рака простаты. Компания DuPont обнаружила более высокий уровень заболеваемости раком среди работников своего завода в Паркерсбурге.
В 1998 году, спустя более чем два десятилетия после того, как учёные сообщили компании 3M, что в крови американцев содержатся ПФАС, 3M наконец-то предупредила Агентство по охране окружающей среды о том, что ПФАС, содержащиеся в Scotch Guard, накапливаются в крови.
Новое решение
Исследовательская группа из Университета Райса под руководством Джеймса Тура, профессора химии и материаловедения, а также профессора наноинженерии Т.Т. и У.Ф. Чао, и аспирантки Фелисии Скотланд применила метод мгновенного нагрева (FJH) для решения этих проблем.
Комбинируя гранулированный активированный уголь (GAC), насыщенный ПФАС, и минерализующие агенты, такие как соли натрия или кальция, исследователи применяли высокое напряжение для достижения температуры более 3000 градусов Цельсия менее чем за одну секунду.
Исследователи пишут:
- Высокая температура разрушает прочные углеродно-фтористые связи в PFAS, превращая их в инертные, нетоксичные фтористые соли.
- В ходе процесса достигается более 96% эффективности дефторирования и 99,98% удаления перфтороктановой кислоты (ПФОК), одного из наиболее распространённых загрязнителей из группы ПФАС.
- Аналитические тесты подтвердили, что в результате реакции образуется незначительное количество вредных летучих органических фторидов, которые являются обычным побочным продуктом других методов обработки PFAS.
Пер- и полифторированные алкильные вещества (PFAS), в том числе перфтороктановая кислота (PFOA) и перфтороктансульфоновая кислота (PFOS), являются стойкими загрязнителями окружающей среды, которые проникли в пресноводные системы.
Гранулированный активированный уголь (GAC) широко используется для удаления PFAS, но становится вторичным отходом (PFAS-GAC). Современные методы очистки являются энергозатратными и приводят к выбросу опасных фторуглеродов. В этом исследовании демонстрируется электротермическая минерализация ПФОК и ПФОС-ГАК с помощью мгновенного нагрева Джоуля — масштабируемого и эффективного процесса.
При нагревании ПФОК-ГАК с помощью солей натрия или кальция ПФОК превращается в инертные фторидные соли с более чем 90-процентной конверсией фтора и более чем 99-процентным удалением ПФОК и ПФОС. Одновременно отработанный уголь перерабатывается в графен, что позволяет сократить расходы на очистку на 60–100 долларов США за килограмм.
Этот метод, не требующий использования растворителей и катализаторов, значительно сокращает потребление энергии, выбросы парниковых газов и количество вторичных отходов. Технико-экономическая оценка показывает, что этот метод масштабируем и безопасен для окружающей среды. Он представляет собой быстрое (~1 с) и экономичное решение для очистки от ПФАС и переработки отработанного углерода в ценные продукты.
Превращение отходов в ресурс?
Одновременно отработанный углерод перерабатывается в графен — это материал, используемый сейчас в самых разных отраслях, от электроники до строительства.
Такой подход двойного назначения не только устраняет опасные химические вещества, но и превращает отходы в ресурс, компенсируя затраты на переработку на 60–100 долларов США за килограмм — пишут авторы.
Результаты этого исследования выходят за рамки PFOA и перфтороктансульфоновой кислоты (PFOS), двух наиболее изученных ПФАС.
Высокие температуры, достигаемые при FJH, позволяют предположить, что этот метод может разрушать широкий спектр соединений ПФАС, открывая возможности для более широкого применения в очистке воды и утилизации отходов.
Поскольку опасения по поводу загрязнения ПФАС продолжают расти, этот прорыв даёт надежду на сохранение качества воды и защиту здоровья населения во всём мире.
- Метод не требует использования растворителей и катализаторов, что значительно снижает энергопотребление, выбросы парниковых газов и количество вторичных отходов.
- Технико-экономическая оценка подчёркивает его масштабируемость и экологическую выгоду, предлагая быстрое (~1 секунда) и экономичное решение для очистки от ПФАС.
Решения на основе углерода в Токио
Параллельно с этим исследователи из Токийского научного института также изучают материалы на основе углерода и мембранную дистилляцию (МД) для удаления ПФАС из воды.
Под руководством доцента Тосихиро Исобэ с кафедры материаловедения и доцента Манабу Фуджи с кафедры гражданского и экологического строительства команда разработала новый адсорбент и метод МД для очистки воды, загрязненной ПФАС.
Исследователи использовали лигнин, побочный продукт целлюлозно-бумажной промышленности, и глюкозу, распространённую молекулу сахара, в качестве источников углерода для разработки своих технологий удаления ПФАС.
Метод MD, сочетающий дистилляцию и мембранную сепарацию, эффективно удаляет ПФАС, позволяя проходить только водяному пару через гидрофобную пористую углеродную разделительную мембрану.
Исследовательская группа под руководством доцента Манабу Фуджии с факультета гражданского строительства и экологии в Токийском университете науки и технологий синтезировала новое адсорбирующее вещество, способное задерживать химические вещества на своей поверхности, и разработала метод мембранной дистилляции (MD) для очистки воды, загрязнённой ПФАС. Результаты их исследования были представлены в качестве приглашённой лекции на 23м Международном симпозиуме по обработке и проектированию экоматериалов, который проходил с 13 по 16 января 2025 года.
Рассказывая о новизне исследования, Изобе прокомментировал: «Используя лигнин — побочный продукт целлюлозно-бумажной промышленности — и глюкозу — распространённую молекулу сахара — в качестве источников углерода, наша исследовательская группа применила экологичные материалы для разработки технологий удаления ПФАС. Более того, метод MD, использованный в нашем исследовании и сочетающий в себе дистилляцию и мембранное разделение, предлагает инновационную стратегию удаления ПФАС из воды».
Исследователи использовали разницу в температурах кипения воды и ПФАС для очистки воды, загрязнённой ПФАС, с помощью метода молекулярной диффузии. Кроме того, гидрофобная (не обладающая сродством к воде) пористая углеродная разделительная мембрана эффективно задерживала ПФАС, пропуская только водяной пар. Тщательный экспериментальный анализ показал, что в имитированной загрязнённой воде, содержащей перфтороктансульфоновую кислоту (PFOS) в концентрации около 500 нг/л, после обработки MD концентрация PFOS составила около 3 нг/л, что ниже мировых экологических стандартов.
Экспериментальный анализ показал, что концентрация ПФОС в имитированной загрязнённой воде, содержащей около 500 нг/л ПФОС, после обработки методом MD снизилась примерно до 3 нг/л, что значительно ниже мировых экологических стандартов.
Исследователи также обнаружили, что минимальное количество активированного угля, обработанного хлоридом цинка, может удалить до 99% ПФАС в течение 10 минут.
Изобе рассказал о планах усовершенствовать метод очистки MD, перейдя на солнечный нагрев, чтобы разработать систему, не требующую электричества и не использующую нагреватели.
Исследования Университета Райса и Токийского института науки подчёркивают потенциал передовых технологий для преобразования отходов в ценные ресурсы и экологичной очистки воды.
Однако, значит ли это, что вместо ПФАС в воде теперь будет вездесущих графен, у которого тоже не мало побочек для организма?
В некоторых исследованиях говорится о нейротоксичности графена, иммунотоксичности, повреждении ДНК, легких и многих других тревожных последствиях (ЗДЕСЬ, ЗДЕСЬ и ЗДЕСЬ).
Некоторые говорят, что графен — удивительное оружие против устойчивых к антибиотикам супербактерий (ЗДЕСЬ, ЗДЕСЬ и ЗДЕСЬ).
(Примечательно – Всемирный экономический форум говорит о резистентности к противомикробным препаратам как о следующей большой опасности для здоровья, и если в этом мире есть что-то определенное, так это то, что они не будут возражать, если мы заболеем, чтобы они могли выгодно “вылечить” нас.)
Как ни странно, ЗДЕСЬ представлено исследование по улучшению результатов фертильности у свиней с помощью оксида графена для, простите меня, “создания мембраны сперматозоидов”. Звучит замечательно.
Другая идея заключается в том, чтобы, возможно, перестать портить природу и позволить нам всем размножаться без ядов.
И ЗДЕСЬ представлено еще одно интересное исследование о графене и его воспроизводстве.
Возникает очень интересная перспектива, представляющая две стороны одной медали: с одной стороны, они могут быть вредными материалами с возможным токсическим воздействием на такую деликатную и важную функцию; с другой стороны, можно предположить, что GRMS, и GO в частности, могли бы представлять собой возможный способ борьбы с проблемой бесплодия путем более безопасных и качественных манипуляций со сперматозоидами.
Кроме того, графен – в отличие от некоторых его производных – обладает сумасшедшей электропроводностью, а современная наука очень высокомерно относится к электрическим свойствам нашего организма, поэтому они даже не рассматривают это должным образом, несмотря на тот факт, что электричество является одним из основных языков, используемых нашим организмом для внутреннего и внешнего общения.
Другими словами, мы сами решаем этот вопрос, и если выяснится, что графеновые материалы представляют собой “глифосат 2.0”.
Так решение ли это проблемы?
А вообще вернее будет задать вопрос: до коих пор будут внедряться технологии, которые со временем оказываются убийственными? С этой практикой можно уже закончить?
Материалы по теме:
- Графен и его производные уже в стоматологии?
- Без доказательств безопасности: графен в продуктах питания, средствах по уходу, приборах, в общем, везде
- Можно ли удалить графен и его производные из организма?
- Сигналы сотового телефона и их влияние на введенный в организм оксид графена / Исследование
- Оксид графена в химтрейлах?
Источники:
