Новая технология удаляет токсичные «вечные химикаты» из воды

Предоставленное изображение слоистого двойного гидроксидного материала из меди и алюминия. Это изображение было представлено на обложке журнала Advanced Materials. Автор: Advanced Materials

Исследователи из Университета Райса в сотрудничестве с международными партнёрами разработали первую экологически чистую технологию для быстрого захвата и уничтожения токсичных «вечных химикатов» (PFAS) в воде. Результаты, недавно опубликованные в журнале Advanced Materials, знаменуют собой важный шаг в решении одной из самых стойких угроз для окружающей среды.

PFAS — это синтетические химические вещества, которые используются в продуктах от тефлоновых сковородок до водоотталкивающей одежды и упаковки для пищевых продуктов. Их устойчивость к теплу, жиру и воде означает, что они не разлагаются легко, за что и получили прозвище «вечные химикаты». Исследования связывают их с повреждением печени, репродуктивными нарушениями, нарушением работы иммунной системы и некоторыми видами рака.

Ограничения существующих технологий

Традиционные методы очистки от PFAS, как правило, основаны на адсорбции, когда молекулы прилипают к таким материалам, как активированный уголь или ионообменные смолы. Эти методы имеют серьёзные недостатки: низкую эффективность, медленную работу, ограниченную ёмкость и создание дополнительных отходов.

«Современные методы удаления PFAS слишком медленные, неэффективные и создают вторичные отходы», — сказал профессор Майкл С. Вонг. «Наш новый подход предлагает устойчивую и высокоэффективную альтернативу».

Схематическое описание шести переменных для синтеза высококристаллического Cu_xAl-NO₃ LDH с помощью гидролиза мочевины. Автор: Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202509842

Материал с реальными перспективами

Инновация команды из Райса сосредоточена на материале — слоистом двойном гидроксиде (LDH), изготовленном из меди и алюминия. Исследователи обнаружили, что одна из форм этого материала с нитратом может адсорбировать PFAS с рекордной эффективностью.

«К моему изумлению, это соединение LDH захватывало PFAS более чем в 1000 раз лучше, чем другие материалы, — сказал ведущий автор исследования Йонгкун Чунг. — Оно также работало невероятно быстро, удаляя большое количество PFAS в течение нескольких минут, примерно в 100 раз быстрее, чем коммерческие угольные фильтры».

Эффективность материала проистекает из его уникальной внутренней структуры. Его организованные медно-алюминиевые слои в сочетании с небольшими зарядовыми дисбалансами создают идеальную среду для связывания молекул PFAS с высокой скоростью и прочностью.

Замыкая цикл: захват и уничтожение

Удаление PFAS из воды — это только часть задачи. Не менее важно безопасно уничтожить их. Команда разработала метод термического разложения PFAS, захваченных материалом LDH. Нагревая насыщенный материал с карбонатом кальция, команда уничтожила более половины захваченных PFAS без выделения токсичных побочных продуктов. Что примечательно, процесс также регенерировал LDH, позволяя использовать его многократно.

Предварительные исследования показали, что материал может пройти как минимум шесть полных циклов захвата, уничтожения и восстановления, что делает его первой известной экологически чистой и устойчивой системой для удаления PFAS.

«Мы в восторге от потенциала этой уникальной технологии на основе LDH, которая может изменить методы очистки загрязнённых PFAS водных источников в ближайшем будущем», — сказал Вонг.

Больше информации: Keon‐Han Kim et al, Regenerable Water Remediation Platform for Ultrafast Capture and Mineralization of Per‐ and Polyfluoroalkyl Substances, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202509842

Источник: Rice University