สารเคมีถาวร: ศัตรูใหม่ของ PFAS: ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่ทำลายพันธะคาร์บอน-ฟลูออรีนที่แข็งแกร่งที่สุดที่อุณหภูมิห้อง

เมื่อวันที่ 17 กรกฎาคม สื่อเทคโนโลยี NeoWin ได้เผยแพร่โพสต์บนบล็อกรายงานว่านักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเกอเธ่ แฟรงก์เฟิร์ต ได้พัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่ที่สามารถย่อยสลายสารเพอร์ฟลูออโรอัลคิลและโพลีฟลูออโรอัลคิล (PFAS) ได้โดยไม่ต้องใช้โลหะที่มีราคาแพงหรือเป็นพิษ และสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิห้อง

อย่างที่เราทราบกันดีอยู่แล้ว ผ้าไฟเบอร์กลาสเคลือบ PTFE เป็นวัสดุฉนวนอุตสาหกรรมและวัสดุทนไฟที่สำคัญที่ใช้ในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี พลังงานความร้อน และก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG) นอกจากนี้ยังเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์หลักของซันเท็กซ์ อย่างไรก็ตาม สารเคลือบนี้มักมีส่วนผสมของสาร PFAS ความก้าวหน้าครั้งใหม่นี้นำมาซึ่งความหวังในการแก้ไขปัญหา PFAS เราขอแสดงความยินดีอย่างจริงใจต่อความสำเร็จนี้ และขอชื่นชมนักวิทยาศาสตร์สำหรับการค้นพบนี้

PFAS เป็นสารประกอบอินทรีย์สังเคราะห์ประเภทหนึ่ง ซึ่งขึ้นชื่อเรื่องความเสถียรทางเคมี ความเสถียรทางความร้อน และคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ PFAS ถูกใช้อย่างแพร่หลายทั้งในอุตสาหกรรมและสินค้าอุปโภคบริโภค

PFAS ไม่สามารถย่อยสลายได้ง่ายและสามารถคงอยู่ในสิ่งแวดล้อมได้เป็นเวลานาน จึงได้รับฉายาว่า "สารเคมีตลอดกาล" โดยสามารถสะสมในสิ่งมีชีวิตและระบบนิเวศได้

ความคงอยู่ของ PFAS เกิดจากพันธะคาร์บอน-ฟลูออรีน (CF) เป็นหลัก ซึ่งเป็นหนึ่งในพันธะเคมีที่แข็งแกร่งที่สุด และโดยทั่วไปต้องใช้ความร้อนสูงหรือสารเคมีที่รุนแรงจึงจะแตกออกได้

วิธีการล่าสุดที่นักวิทยาศาสตร์พัฒนาขึ้นไม่ได้ใช้โลหะราคาแพงหรือเป็นพิษอย่างแพลทินัมหรืออิริเดียม แต่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อสลายพันธะเหล่านี้ที่อุณหภูมิห้อง

แกนหลักของตัวเร่งปฏิกิริยานี้คือโครงสร้างที่มีโบรอนเป็นองค์ประกอบหลัก เรียกว่า 9,10-ไดไฮโดร-9,10-ไดโบราแอนทราซีน (DBA) เมื่อเติมอิเล็กตรอนสองตัวลงใน DBA มันจะทำงานเพียงพอที่จะทำลายโมเลกุล PFAS ได้

ทีมวิจัยทดสอบฟลูออโรเบนซินที่มีอะตอมฟลูออรีน 1 ถึง 6 อะตอมในตัวทำละลาย THF (เตตระไฮโดรฟิวแรน)

การวิจัยแสดงให้เห็นว่าตัวเร่งปฏิกิริยาทำงานหลักๆ ในสองวิธี: เมื่อมีอะตอมฟลูออรีนน้อยลง ก็จะทำหน้าที่เหมือนรีเอเจนต์นิวคลีโอฟิลิกที่มีฐานเป็นโบรอน โดยช่วยในการสลายพันธะโควาเลนต์ เช่น คาร์บอน-ฮาโลเจน (เช่น คลอรีน) ผ่านปฏิกิริยาประเภท SNAr และเมื่อมีอะตอมฟลูออรีนมากขึ้น ก็จะทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ โดยให้อิเล็กตรอนและกำจัดอะตอมไฮโดรเจน

คริสตอฟ บุช นักศึกษาปริญญาเอก กล่าวอย่างเรียบง่ายว่า “ในการสลายพันธะ CF เราจำเป็นต้องใช้อิเล็กตรอน และตัวเร่งปฏิกิริยาของเราสามารถถ่ายโอนอิเล็กตรอนได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงมาก ก่อนหน้านี้ เราใช้โลหะอัลคาไล เช่น ลิเธียม เป็นแหล่งอิเล็กตรอน แต่เรากำลังศึกษาการใช้กระแสไฟฟ้าแทน ซึ่งจะทำให้กระบวนการนี้ง่ายขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น”

ทีมวิจัยยังมองเห็นศักยภาพของเทคโนโลยีนี้ในการกำจัดสาร PFAS ยาหลายชนิดมีส่วนผสมของฟลูออรีนเพื่อยืดอายุการใช้งานหรือเพิ่มประสิทธิภาพ ศาสตราจารย์แมทเธียส วากเนอร์ อธิบายว่า “ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยานี้ เรามีเครื่องมือในการควบคุมระดับฟลูออไรด์ในสารประกอบเหล่านี้ได้อย่างแม่นยำ”

อ้างอิง:

• ไอทีโฮม
• มหาวิทยาลัยเกอเธ่ แฟรงก์เฟิร์ต
• สมาคมเคมีอเมริกัน

แท็ก: PFAS