PFAS, thường được gọi là "hóa chất vĩnh cửu", đã âm thầm lan rộng qua nước ngầm, sông ngòi và thậm chí cả nước uống đã qua xử lý, gây nguy hiểm cho hàng triệu người trên toàn thế giới. Các hợp chất này được đánh giá cao trong công nghiệp vì khả năng chống chịu nhiệt, nước và dầu, nhưng chính những đặc tính đó lại khiến chúng cực kỳ khó phân hủy một khi đã xâm nhập vào môi trường.
Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Flinders báo cáo về một chiến lược mới có thể khắc phục một trong những hạn chế lớn nhất trong xử lý nước hiện nay: thu giữ các phân tử PFAS nhỏ nhất và dễ di chuyển nhất.
Dưới sự dẫn dắt của Tiến sĩ Witold Bloch, nhóm nghiên cứu đã phát triển một loại vật liệu chuyên dụng có khả năng liên kết với nhiều loại PFAS, bao gồm cả các biến thể chuỗi ngắn thường lọt qua các hệ thống lọc thông thường. Các phân tử nhỏ hơn này ngày càng được sử dụng để thay thế các hóa chất PFAS cũ, nhưng chúng khó loại bỏ hơn và có thể di chuyển dễ dàng hơn trong nguồn nước.
Các phát hiện này đã được công bố trên tạp chí Angewandte Chemie International Edition.
Một cấu trúc phân tử dạng lồng có khả năng giữ lại PFAS
Nghiên cứu này nhấn mạnh đến một cấu trúc phân tử dạng lồng nano được thiết kế để hoạt động như một "bẫy PFAS" có tính chọn lọc cao.
“Mặc dù một số PFAS chuỗi dài có thể được loại bỏ một phần bằng các công nghệ xử lý nước hiện có, nhưng việc thu giữ PFAS chuỗi ngắn – vốn dễ di chuyển hơn trong nước – vẫn là một thách thức lớn chưa được giải quyết”, Tiến sĩ Witold Bloch, trưởng dự án đến từ Trường Khoa học và Kỹ thuật của Đại học Flinders, cho biết.
“Chúng tôi phát hiện ra rằng một cấu trúc dạng lồng nano có khả năng giữ lại các phân tử PFAS chuỗi ngắn bằng cách buộc chúng tập hợp lại một cách thuận lợi bên trong khoang của nó. Cơ chế liên kết mạnh mẽ bất thường này khác với cơ chế của các vật liệu hấp phụ truyền thống”.
Để nâng cao hiệu suất, các nhà nghiên cứu đã kết hợp các lồng phân tử này vào silica xốp, một vật liệu thường không liên kết với PFAS.
Tác giả chính Caroline Andersson, nghiên cứu sinh tiến sĩ ngành hóa học tại Đại học Flinders, giải thích rằng việc thêm cấu trúc lồng nano cho phép vật liệu này thu giữ nhiều loại PFAS, bao gồm cả các dạng chuỗi ngắn vốn rất khó phân lập.
“Khía cạnh thú vị nhất của dự án này là chúng tôi đã tiến hành các nghiên cứu chuyên sâu về cách PFAS liên kết bên trong cấu trúc lồng ở cấp độ phân tử”, bà nói. “Điều đó cho phép chúng tôi hiểu được hành vi liên kết chính xác và sau đó sử dụng kiến thức đó để thiết kế một chất hấp phụ hiệu quả để loại bỏ PFAS”.
Hiệu năng mạnh mẽ và khả năng tái sử dụng cao
Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy vật liệu này có thể loại bỏ tới 98% PFAS ở nồng độ có liên quan đến môi trường trong mẫu nước máy.
“Chất hấp phụ này cũng cho thấy khả năng tái sử dụng, vẫn giữ được hiệu quả cao sau ít nhất năm chu kỳ tái sử dụng. Những kết quả này nhấn mạnh tiềm năng tích hợp của nó vào các hệ thống lọc nước để làm sạch nước uống ở giai đoạn xử lý cuối cùng”, Tiến sĩ Bloch bổ sung.
Ông kết luận: “Nghiên cứu này đại diện cho một bước tiến quan trọng hướng tới việc phát triển các vật liệu tiên tiến có khả năng giải quyết một trong những chất gây ô nhiễm môi trường dai dẳng nhất trên thế giới”.
Các hợp chất PFAS có nguồn gốc từ các quy trình công nghiệp, bọt chữa cháy trong ngành hàng không và các sản phẩm tiêu dùng hàng ngày. Khi chúng xâm nhập vào môi trường nước ngọt và nước biển, chúng đang làm dấy lên những lo ngại ngày càng tăng về nguy cơ gây hại sức khỏe cho con người, gia súc và động vật hoang dã.