شکست پروژه فرسایش امنیتی در جغرافیای انسجام
بازخوانی اقتدار ملی در بیانات رهبر انقلاب
نسخههای نئولیبرالی در جزایر امن تکنوکراتها؛
گفتوگوی آناتک با پژوهشگر کره جنوبی پیشگام در حذف آلایندههای تفلونی از آب
PFAS که مخفف ترکیبات پر- و پلیفلوئوروآلکیل است، مواد شیمیایی مصنوعی هستند که نخستینبار در دهه ۱۹۴۰ تولید شدند و در محصولاتی از تابههای تفلونی گرفته تا لباسهای ضدآب و بستهبندی مواد غذایی به کار رفتهاند. مقاومت آنها در برابر گرما، چربی و آب، این مواد را برای صنعت و مصرفکنندگان ارزشمند کرده است. اما همین مقاومت باعث میشود بهسختی تجزیه شوند؛ ویژگی که لقب «مواد شیمیایی همیشگی» را برایشان به ارمغان آورده است.
امروزه ترکیبات PFAS در آب، خاک و هوا در سراسر جهان یافت میشوند. پژوهشها این مواد را با آسیبهای کبدی، اختلالات تولیدمثلی، اختلال در عملکرد سیستم ایمنی و برخی سرطانها مرتبط دانستهاند. تلاشها برای پاکسازی PFAS با چالش مواجه بوده؛ زیرا این ترکیبات پس از ورود به محیطزیست به سختی حذف و به طور کامل تجزیه میشوند.
روشهای سنتی پاکسازی PFAS معمولا بر جذب سطحی تکیه دارند؛ فرآیندی که در آن مولکولها به موادی مانند کربن فعال یا پلیمرهای تبادل یونی میچسبند. اگرچه این روشها بهطور گسترده استفاده میشوند، اما معایب مهمی دارند. این روشها بسیار آهسته و ناکارآمد هستند و پسماندهای ثانویه تولید میکنند.
اساس نوآوری تیم «دانشگاه رایس» مادهای از نوع هیدروکسید دولایهای (LDH) ساختهشده از مس و آلومینیوم است؛ مادهای که نخستینبار در سال ۲۰۲۱ توسط «کیو-هان کیم» (kyu han kim)، زمانی که دانشجوی تحصیلات تکمیلی بود، شناسایی شد.
تصویر ارائه شده از ماده هیدروکسید دولایهای ساخته شده از مس و آلومینیوم.
این تصویر روی جلد مجله Advanced Materials به نمایش گذاشته شده است.منبع عکس: وبسایت دانشگاه رایس
چانگ، سرپرست این پژوهش میگوید: «با شگفتی دیدم که این ترکیب LDH بیش از هزار برابر بهتر از سایر مواد PFAS را جذب میکند. این ماده همچنین بهطرز باورنکردنی سریع عمل میکرد و در عرض چند دقیقه مقادیر زیادی PFAS را حذف میکرد؛ حدود ۱۰۰ برابر سریعتر از فیلترهای کربنی تجاری».
کارایی این ماده از ساختار درونی منحصربهفرد آن ناشی میشود. لایههای منظم مس–آلومینیوم همراه با عدمتعادلهای جزئی بار الکتریکی، محیطی ایدهآل برای اتصال سریع و قوی مولکولهای PFAS ایجاد میکنند. برای سنجش کاربردپذیری عملی این فناوری، تیم پژوهشی ماده LDH را در آب رودخانه، آب لولهکشی و فاضلاب آزمایش کرد. در همه موارد، این ماده عملکرد بسیار بالایی نشان داد.
حذف PFAS از آب تنها بخشی از چالش است؛ از بین بردن ایمن آنها نیز به همان اندازه اهمیت دارد. چانگ با همکاری استادان دانشگاه رایس، روشی برای تجزیه حرارتی PFAS جذبشده روی ماده LDH توسعه داد. با حرارت دادن ماده اشباعشده به همراه کربنات کلسیم، تیم پژوهشی توانست بیش از نیمی از PFAS به دامافتاده را بدون آزادسازی محصولات جانبی سمی از بین ببرد. نکته قابلتوجه این است که این فرآیند همزمان باعث بازتولید LDH شد و امکان استفاده مجدد از آن را فراهم کرد.
این مطالعه به سرپرستی یونگکون چانگ از دانشگاه تحقیقات خصوصی رایس آمریکا، با همکاری سئوکته کانگ، استاد موسسه علم و فناوری پیشرفته کره (KAIST) و «کیو-هان کیم» (kyu han kim)، استادیار «دانشگاه ملی پوکیونگ کرهجنوبی» (PKNU) صورت گرفته است. در ادامه مصاحبه خبرنگار آناتک را با کیو-هان کیم میخوانید:
برای دانشجویان غیرمتخصص، دستاورد اصلی این پژوهش را چگونه توصیف میکنید و چه چیزی این فناوری را واقعا از روشهای موجود حذف PFAS متمایز میکند؟
دستاورد اصلی این پژوهش، نمایش یک سامانه یکپارچه است که جذب فوقسریع PFAS را با قابلیت بازتولید ماده ترکیب میکند، نه اینکه صرفا به جذب سطحی متکی باشد. فناوریهای متداول تصفیه PFAS معمولا بر جذب فیزیکیِ آهسته تمرکز دارند؛ فرآیندی که اغلب منجر به تولید پسماندهای ثانویه حاوی PFAS میشود.
در مقابل، رویکرد ما نشان میدهد که هیدروکسیدهای دولایهای (LDH) که بهصورت هدفمند و مهندسیشده طراحی شدهاند، میتوانند PFAS را از طریق سازوکارهای مبتنی بر تبادل یونی بهسرعت جذب کنند و سپس از طریق یک فرآیند حرارتی کنترلشده بازتولید شوند؛ رویکردی که مسیری بهسوی مدیریت پایدارتر PFAS ارائه میدهد.
گزارشها نشان میدهد ماده LDH شما صدها تا هزاران برابر سریعتر از فیلترهای متداول عمل میکند. کدام ویژگیهای ساختاری مسئول این سرعت و ظرفیت استثنایی هستند؟
این سینتیک [سرعت واکنش] استثنایی از دو ویژگی ساختاری کلیدی ناشی میشود. نخست، LDH حاوی نیترات دارای آنیونهای بینلایهای با پیوند ضعیف است که امکان تبادل یونی سریع با گونههای آنیونی PFAS را در pH خنثی فراهم میکند.
دوم، ما نوعی بینظمی کنترلشده در لایههای کاتیونی شناسایی کردیم؛ بهطور مشخص، برخوردهای موضعی آلومینیوم–آلومینیوم که باعث افزایش چگالی بار مثبت موضعی میشود. این ویژگی ساختاری، نفوذ درونذرهای را تسریع کرده و انتقال سریع مولکولهای PFAS به فضای بینلایهای را تسهیل میکند؛ امری که به جذب سریعتر و ظرفیت بالاتر ماده میانجامد..
بسیاری از فناوریهای PFAS فقط بر جذب تمرکز دارند و پسماند آلوده بر جای میگذارند. چرا ترکیب جذب فوقسریع با تخریب حرارتی یک نقطه عطف محسوب میشود؟
جذب PFAS به تنهایی صرفا آلایندهها را از فاز آبی به فاز جامد منتقل میکند و چالشهای بلندمدت مدیریت پسماند را به وجود میآورد. با ادغام جذب با تصفیه حرارتی، ما مسیری را نشان میدهیم که در آن PFAS جذبشده میتوانند تا حدی تجزیه شده و به گونههای معدنی پایدارِ فلوئوراید تبدیل شوند.
این رویکرد ترکیبی، بار پسماندهای ثانویه خطرناک را کاهش میدهد و بر اهمیت درنظرگرفتن کل چرخه تصفیه در توسعه فناوریهای پاکسازی تأکید میکند.
چرا آزمایش این سامانه در آب رودخانه، آب لولهکشی و فاضلاب اهمیت داشت و این نتایج تا چه حد به شرایط واقعی نزدیکاند؟
آزمایش در ماتریسهای مختلف آبی [محیطهای آبی متفاوت] برای ارزیابی تاثیر هم زمان یونها و مواد آلی بر عملکرد سامانه ضروری بود. سامانههای آبی واقعی از نظر شیمیایی پیچیده هستند و رفتار جذب مشاهدهشده در محلولهای ایدهآل آزمایشگاهی لزوما مستقیما به کاربرد عملی منتقل نمیشود.
نتایج ما نشان میدهد LDH همچنان حذف سریع PFAS را در ماتریسهای متنوع حفظ میکند، هرچند گونههای رقیب میتوانند بهطور متوسط بر عملکرد اثر بگذارند. این آزمایشها ارزیابی واقعبینانهای از استحکام و محدودیتهای ماده در شرایط عملی ارائه میدهند.
به نظر شما بزرگترین چالش در مقیاسپذیری این فناوری برای تصفیه آب صنعتی یا شهری چیست؟
یکی از چالشهای اصلی، ادغام این ماده در سامانههای تصفیه پیوسته در مقیاس بزرگ، در حالی است که عملکرد آن تحت شیمی متغیر آب حفظ شود. ملاحظات مهندسی مانند طراحی فیلتر، نیازهای انرژی برای بازتولید و پایداری بلندمدت ماده باید بهدقت بهینهسازی شوند.
پرداختن به این چالشها مستلزم همکاری میانرشتهای میان دانشمندان مواد، مهندسان محیطزیست و طراحان فرآیند است.
آیا این رویکرد را میتوان به طیف گستردهتری از ترکیبات PFAS فراتر از یک نوع پرکاربرد صنعتی تعمیم داد، یا به بهینهسازی بیشتر نیاز است؟
نتایج ما نشان میدهد سامانه LDH برای چندین ترکیب PFAS با طول زنجیره و گروههای عاملی متفاوت موثر است. با این حال، میل جذب بسته به ساختار مولکولی متفاوت است و PFASهای زنجیرهکوتاه معمولا حذف دشوارتری دارند.
بهینهسازی بیشتر ترکیب فلزی و طراحی فرآیند میتواند گزینشپذیری و کارایی را برای طیف وسیعتری از PFAS افزایش دهد.
از دیدگاه زیستمحیطی، چرا اجتناب از تولید پسماندهای ثانویه خطرناک در مورد آلودگی PFAS اهمیت ویژهای دارد؟
ترکیبات PFAS بسیار پایدار هستند و میتوانند برای دههها در محیط باقی بمانند. فناوریهایی که پسماندهای حاوی PFAS تولید میکنند، در صورت مدیریت نادرست دفع، خطر بازگشت آلودگی را ایجاد میکنند؛ بنابراین پرهیز از تولید پسماندهای ثانویه خطرناک ضروری است تا اقدامات تصفیه واقعاً میزان تماس انسان و محیطزیست با این آلایندهها را کاهش دهد، نه اینکه آلودگی را به مکان یا محیط دیگری منتقل کند.
این پروژه حاصل همکاری بینالمللی بوده است. این همکاری چگونه بر توسعه پژوهش اثر گذاشت؟
همکاری بینالمللی به ما اجازه داد تخصصهای مکمل در سنتز مواد، شناسایی طیفسنجی، مهندسی محیطزیست و ارزیابی تصفیه آب را با هم ترکیب کنیم. این رویکرد چندرشتهای برای درک هم ویژگیهای بنیادی ماده و هم پیامدهای عملی آن حیاتی بود و در نهایت استحکام و دقت علمی و ارتباط کاربردی پژوهش را افزایش داد.
اگر بخواهید یک پیام کلیدی از این مطالعه به سیاستگذاران حوزه آب و محیطزیست منتقل کنید، آن پیام چیست؟
از منظر علمی، پیام کلیدی این است که تصفیه موثر PFAS باید در کل چرخه تصفیه ارزیابی شود؛ از کارایی جذب گرفته تا بازتولید ماده و سرنوشت آلاینده پس از تصفیه.
فناوریهایی که بر سازوکارهای تأییدشده و ارزیابی جامع عملکرد تکیه دارند، برای توسعه راهبردهای پایدار و مقاوم تصفیه آب ضروری هستند.
انتهای پیام/
