Исследовательская группа из Немецкого научно-исследовательского центра Гельмгольца по окружающей среде разработала двухстадийный электрохимический процесс очистки, специально предназначенный для удаления из воды короткоцепочечных пер- и полифторалкильных соединений (ПФАС), особенно перфторбутановой кислоты (ПФБК). Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal.
ПФАС — это общее название для класса синтетических химических веществ, насчитывающего в настоящее время около 10 000 видов, из которых от 4000 до 5000 используются в промышленном производстве, включая верхнюю одежду, упаковку пищевых продуктов, кухонную посуду и косметику. Длинноцепочечные ПФАС, представляющие потенциальный риск для обмена веществ, гормонального баланса, репродуктивной и иммунной систем человека, регулируются Стокгольмской конвенцией, и их производство и использование запрещены или ограничены. В качестве замены всё чаще используются короткоцепочечные ПФАС, такие как ПФБК, которые всё чаще обнаруживаются в окружающей среде.
«Именно поэтому ПФБК легко растворяется в воде и обладает высокой подвижностью. Следовательно, удалить ПФБК из воды традиционными методами, такими как адсорбция на активированном угле, очень сложно», — говорит химик из Центра Гельмгольца Аннетт Георги. Для решения этой проблемы исследовательская группа разработала двухстадийный процесс очистки воды, который сначала разделяет и концентрирует ПФБК с помощью этапа электроадсорбции. Большой объём воды, содержащей ПФБК, пропускается через проточный элемент, где электроды из похожего на ткань активированного угольного войлока несут небольшой положительный заряд, а отрицательно заряженная ПФБК накапливается на поверхности активированного угля.
Как пояснил инженер-эколог из Центра Гельмгольца и первый автор статьи Навид Саиди, при обращении полярности напряжения ПФБК отделяется от поверхности активированного угля, смывается небольшим количеством воды и собирается в виде концентрата. Этот метод позволяет увеличить концентрацию ПФБК в 40 раз. На втором этапе концентрированная ПФБК разлагается путём электроокисления на электроде из алмаза, легированного бором, где сильное окисление на аноде расщепляет ПФБК с образованием побочных продуктов, в основном фторида и диоксида углерода.
Данный процесс очистки воды позволяет выполнять все этапы на месте, снижая транспортные расходы и потребность в энергии. Контролируя адсорбцию ПФБК путём подачи напряжения, материал активированного угля можно многократно регенерировать и использовать повторно, что выгодно отличает его от обычных методов, при которых загрязнённый ПФАС активированный уголь необходимо отправлять на мусоросжигательные заводы либо регенерировать с высокими энергозатратами. Химик из Центра Гельмгольца Катрин Маккензи отметила, что по мере ужесточения предельных значений ПФАС требуются более эффективные, надёжные, экологически чистые и экономичные технологии удаления. Данный процесс очистки воды может служить дополнением к традиционным адсорберам с активированным углём при обработке сложных загрязнений ПФАС, целенаправленно улавливая короткоцепочечные ПФАС. Исследовательская группа уже подала патентную заявку на этот процесс. Потенциальные области применения включают очистку городских и промышленных сточных вод, а также таких объектов, как аэропорты, где грунтовые воды загрязнены ПФАС из-за использовавшейся пены для пожаротушения.
Информация о публикации: Авторы: Навид Саиди и др., Название: «Двухстадийный электрохимический метод эффективного разложения короткоцепочечных ПФАС в воде», Опубликовано: Chemical Engineering Journal (2026). Информация о журнале: Chemical Engineering Journal