Палладиевая мембрана с водородом разрушает шесть PFAS при комнатной температуре в лабораторных тестах
Каталитическая палладиевая мембрана с подачей водорода превращала PFOA, PFOS, PFNA, PFHxS, PFBS и GenX в дефторированные продукты; тесты шли на лабораторной воде.
Группа под руководством Брюса Риттмана из Центра экологической биотехнологии Biodesign Swette при Университете штата Аризона, вместе с Мин Лонгом и Цзе Ченом, создала каталитическую мембрану, которая разрушает PFAS в обычных условиях, сообщает статья в Proceedings of the National Academy of Sciences pnas.org
Proceedings of the National Academy of Sciencespnas.orgОткрыть источник ↗. В работе участвовали коллеги из Университета Райса, Национального университета Сингапура и двух университетов Китая. В непрерывном тесте длительностью 58 суток, где шесть PFAS подавали вместе, удаление достигало 96%, дефторирование — 83%.
Как работает водородная мембрана
Реактор — стеклянный сосуд длиной около 30 сантиметров. В нём 120 полых пластиковых волокон с плёнкой палладия. Водород подают в полость каждого волокна, он доходит до палладия снизу, а загрязнённая вода омывает волокна снаружи.
Палладий расщепляет молекулы водорода на атомы. Часть остаётся на поверхности металла, часть запасается внутри в виде β-фазы гидрида палладия, что расширяет решётку; по мере заполнения металл разбухает примерно на 4 процента. Две формы водорода выполняют разные задачи. Поверхностный помогает мембране захватить молекулу PFAS, а запасённый внутри даёт движущую силу для ступенчатого гидродефторирования, согласующегося с последовательным разрывом связей C–F.
В контрольных опытах водород без палладия не действовал на PFOA. Палладий без водорода убрал около 30 процентов PFOA, но фторид не выделился. Подача водорода через волокна вдвое увеличила выход фторида по сравнению с подачей в воздушный объём над водой, при этом PFOA уходил из воды примерно с той же скоростью.
Результаты по шести PFAS
Для PFOA, PFOS, PFNA, PFHxS, PFBS и GenX мембрана превращала все загрязнители в сторону полностью дефторированных продуктов pnas.org
Proceedings of the National Academy of Sciencespnas.orgОткрыть источник ↗. В 44-часовых периодических тестах при pH 4 длинные цепи удалялись и дефторировались быстрее. PFNA с девятью атомами углерода потерял 59 процентов фтора, а четырёхуглеродный PFBS — 26 процентов.
GenX оказался устойчивее из-за эфирной связи, более слабой адсорбции и более высокой средней энергии диссоциации связей C–F. Удаление и дефторирование всё же наблюдались, образовалась 2-пропоксипропановая кислота. Отщепилось около 27 процентов его фтора. Коммерческий катализатор палладий на угле убрал около 85 процентов PFOA, но высвободил 37 процентов фтора против 51 процента у плёнки мембраны.
В длительном тесте использовали по 50 микрограммов на литр каждого соединения, смесь готовили в лаборатории. Тестов на воде с реального загрязнённого участка авторы не приводят, а вода ни в одном опыте не достигла питьевых норм EPA. За время опыта потеряно около 10 процентов палладия. Группа масштабирует реактор для пилотных испытаний.
