Новый фильтр для «вечных химикатов» PFAS создан с помощью шаровой мельницы

Изображение процесса формирования структуры нового фильтра для химикатов PFAS. Автор: Science Communication Lab for DESY

Немецкие ученые разработали новый материал для фильтрации так называемых «вечных химикатов» PFAS, используя необычный метод — измельчение в шаровой мельнице. PFAS — это фторированные соединения, которые содержатся во многих повседневных товарах, например, в outdoor-одежде и посуде с антипригарным покрытием, как сковороды с тефлоном. Их устойчивость к разрушению в окружающей среде создает серьезные проблемы для экологии и здоровья человека.

Новый фильтрующий материал представляет собой «ковалентные органические каркасы» (COF). Поры этих структур размером в несколько нанометров эффективно задерживают молекулы PFAS. Ключевой особенностью стала технология производства: ученые из Федерального института исследований и испытаний материалов (BAM) синтезировали каркасы с помощью механического измельчения.

«В лаборатории мы используем небольшой пластиковый цилиндр, похожий на контейнер для пленки, — объясняет исследовательница BAM Франциска Эммерлинг. — Мы помещаем в него порошок, каплю растворителя и две стальные шарики размером с горошину перца».

Специальное устройство встряхивает эту шаровую мельницу с частотой более 30 раз в секунду. Трение, повышение давления и кинетическая энергия запускают химическую реакцию, в результате которой частицы объединяются в наноразмерные фильтрующие каркасы. Этот метод, известный как механохимия, считается экологически чистым, так как требует минимального количества растворителей.

Чтобы оптимизировать процесс, команда использовала рентгеновский источник PETRA III в исследовательском центре DESY (Гамбург). Это позволило в реальном времени наблюдать за формированием кристаллической структуры материала. Наилучшие результаты были достигнуты при частоте встряхивания 36 герц с добавлением всего 250 микролитров растворителя.

В отличие от существующих аналогов, новый материал не содержит тяжелых металлов, что делает его более безопасным для окружающей среды. Потенциально такие фильтры можно будет использовать на промышленных предприятиях, производящих PFAS, а в будущем, возможно, и в бытовых кранах для очистки питьевой воды.

Исследования в области механической химии продолжатся с запуском нового рентгеновского источника PETRA IV, который позволит наблюдать за сверхбыстрыми химическими процессами.