Фторалкильные соединения обладают высокой устойчивостью и накапливаются в окружающей среде, что негативно сказывается на здоровье животных и людей. Их разложение крайне затруднено, и только недавно ученые нашли способ эффективно решать проблему этих инертных загрязнителей.
Пер- и полифторалкильные соединения (PFAS) эти соединения производятся начиная с середины прошлого века. Они находят широкое применение в химической промышленности, где используются в составе лаков и покрытий, отделочных материалов, пен, смазок, средств гигиены, поверхностно-активных веществ и других продуктов. В последнее время предпринимаются попытки отказаться от их использования, поскольку PFAS практически не подвержены разложению в окружающей среде и обладают высокой стойкостью, « вечными» органическими загрязнителями. В результате они проникают в живые организмы, что наносит ущерб как окружающей среде, так и здоровью людей. PFAS связывают с разнообразными гормональными проблемами, поражениями печени и почек, нарушениями развития.
Недостаточно просто отказаться от этих веществ. PFAS устойчивы к воздействию температуры и химически инертны, поэтому накапливаются в почве и водоемах. Во всем мире насчитывается тысячи мест, сильно загрязненных этими «вечными» соединениями. А вот технологии для их очистки отсутствуют или требуют экстремальных условий — например, температур выше 1000 градусов Цельсия или давления более 22 мегапаскалей, — а значит, и огромных затрат. Лишь теперь ученые из Китая и США нашли ахиллесову пяту PFAS, которая позволяет уничтожать эти невероятно стойкие вещества легко и быстро. Об этом они сообщают в журнале Science.
Некоторое время назад было установлено, что PFAS способны к деградации в диметилсульфоксиде (Диметилсульфоксид (ДМСО) — широко используемый органический растворитель. В связи с этим профессор Уильям Дихтель из Северо-Западного университета и его команда провели исследование, чтобы определить, как эти вещества взаимодействуют при смешивании с другими соединениями и DMSO. Результаты показали, что при добавлении небольшого количества гидроксида натрия и нагревании смеси до 120 градусов Цельсия, разрушается почти половина тысяч существующих PFAS.
Наиболее уязвимым местом этих соединений оказалась их гидрофобный фрагмент. PFAS формируются из цепочки атомов углерода, каждый из которых связан с двумя атомами фтора. Благодаря исключительно прочным связям, молекулы приобретают высокую инертность и гидрофобность. Однако для обеспечения поверхностно-активных свойств, на концах цепей PFAS присутствует гидрофильная группа, такая как карбоксил. DMSO способствует отщеплению этой группы, что позволяет щелочи воздействовать на углеродную цепь и разрушать молекулу в ходе последовательности реакций.
Примерно у 40% PFAS присутствует карбоксильная группа, и эти загрязнители теперь можно удалять относительно простым способом. В результате реакций образуются безвредный углерод, кислород и ионы фтора, удаление которых из окружающей среды уже хорошо отлажено. Значительно сложнее обстоит дело с PFAS, содержащими сульфонильную группу вместо карбоксила. Эти вещества, как правило, используются, например, в огнетушащих пенах. DMSO неэффективно справляется с ними, и они продолжают оставаться «вечными» загрязнителями в природе.