Forskere forbedrer katalysatoren, der ødelægger kemikalier for evigt med sollys

Rice University kemiingeniører har forbedret deres design til en lysdrevet katalysator, der hurtigt nedbryder PFOA, en af ​​verdens mest problematiske "for evigt kemiske" forurenende stoffer.

Michael Wong og hans elever gjorde den overraskende opdagelse i 2020, at bornitrid, et kommercielt tilgængeligt pulver, der almindeligvis bruges i kosmetik, kunne ødelægge 99 % af PFOA eller perfluoroktansyre i vandprøver inden for få timer, når det blev udsat for ultraviolet lys. lys med en bølgelængde på 254 nanometer.

"Det var fantastisk, fordi PFOA er et stadig mere problematisk forurenende stof, som er virkelig svært at ødelægge," sagde Wong, tilsvarende forfatter til en undersøgelse om den redesignede katalysator i Chemical Engineering Journal . "Men det var også mindre end ideelt, fordi bornitrid blev aktiveret af kortbølget UV, og atmosfæren bortfiltrerer næsten al den kortbølgede UV fra sollys. Vi ønskede at skubbe så meget som muligt bornitrids evne til at få adgang til energi. fra andre bølgelængder af sollys."

Langbølget UV, eller UV-A, har bølgelængder, der spænder fra omkring 315-400 nanometer. Det er det, der forårsager solbrændinger og solskoldninger, og det er rigeligt med sollys, der når Jorden. Bornitrid er en halvleder, og den aktiveres ikke af UV-A. Titandioxid, en almindelig ingrediens i solcreme, er en halvleder, der aktiveres af UV-A, og den havde endda vist sig at katalysere nedbrydningen af ​​PFOA, omend meget langsomt, når den udsættes for UV-A.

Så Wong og studielederne Bo Wang, Lijie Duan og Kimberly Heck besluttede at skabe en komposit af bornitrid og titaniumdioxid, der giftede de bedste egenskaber ved de individuelle katalysatorer. I deres nye undersøgelse viste de, at de UV-A-drevne kompositter ødelagde PFOA omkring 15 gange hurtigere end almindelige titaniumdioxid-fotokatalysatorer.

Ved at analysere fotostrømresponsmålinger og andre data lærte Wongs team, hvordan dets halvlederkomposit høstede UV-A-energi for at bryde PFOA-molekyler fra hinanden i vand. I udendørs eksperimenter med plastikvandflasker under naturligt sollys fandt de, at bornitrid-titandioxid-kompositterne kunne nedbryde omkring 99% af PFOA i deioniseret vand på mindre end tre timer. I saltvand tog den proces omkring ni timer.

Flere beviser tyder på, at PFOA er skadeligt for menneskers sundhed. Nogle amerikanske stater har sat grænser for PFOA-forurening i drikkevand, og i marts 2021 annoncerede Environmental Protection Agency planer om at udvikle føderale standarder.

Et voksende regulatorisk pres for at fastsætte PFOA-standarder har fået vandbehandlingsanlæg til at lede efter nye og omkostningseffektive måder at fjerne PFOA fra vand på, sagde Wong.

PFOA er en af ​​de mest udbredte PFAS (perfluoralkyl- og polyfluoralkyl-stoffer), en familie af forbindelser udviklet i det 20. århundrede til at fremstille belægninger til vandtæt tøj, fødevareemballage og andre produkter. PFAS er blevet kaldt for evigt kemikalier, fordi de ikke let nedbrydes og har tendens til at blive hængende i miljøet. Wong sagde, at hans team er ved at vurdere, hvor godt dens sammensatte fotokatalysator virker til at nedbryde andre PFAS.

Han sagde, at bornitrid- og sammensatte katalysatorteknologier allerede har tiltrukket sig opmærksomhed fra flere industrielle partnere i det risbaserede Nanosystems Engineering Research Center for Nanotechnology-Enabled Water Treatment (NEWT), som er finansieret af National Science Foundation til at udvikle off-grid vand behandlingssystemer. + Udforsk yderligere

Bornitrid ødelægger "for evigt" kemikalier PFOA, GenX