화학자들은 가열된 물에 일반적인 시약을 사용하여 PFAS를 '참수'하고 분해하 여 무해한 화합물만 남길 수 있습니다.

지구의 수원에 수천 년 동안 지속될 수 있는 PFAS라는 위험한 인간이 만든 화학 물질이 완전히 감염되어 빗물조차 마시기 안전하지 않다는 최근 보고서에 절망하고 있다면 좋은 소식이 있습니다.

UCLA와 노스웨스턴 대학의 화학자들은 해로운 부산물 없이 비교적 낮은 온도에서 거의 파괴되지 않는 거의 12가지 유형의 “영원한 화학 물질”을 분해하는 간단한 방법을 개발했습니다.

오늘 저널에 발표된 논문에서 과학연구자들은 화씨 176~248도까지 가열된 물에서 일반적이고 저렴한 용매와 시약이 PFAS의 분자 결합을 끊었다는 것을 보여줍니다. 이 분자 결합은 PFAS에서 가장 강력하게 알려진 분자 결합이며 “점차적으로 분자를 조금씩 갉아먹는” 화학 반응을 시작했습니다. UCLA의 저명한 연구 교수이자 공동 교신 저자인 Kendall Houk가 말했습니다.

간단한 기술, 비교적 낮은 온도 및 유해한 부산물의 부족은 한 번에 처리할 수 있는 물의 양에 제한이 없음을 의미한다고 Houk는 덧붙였습니다. 이 기술은 결국 수처리 공장이 식수에서 PFAS를 제거하는 것을 더 쉽게 만들 수 있습니다.

퍼 및 폴리플루오로알킬 물질(줄여서 PFAS)은 1940년대부터 달라붙지 않는 조리기구, 방수 메이크업, 샴푸, 전자 제품, 식품 포장 및 기타 수많은 제품에 사용된 약 12,000가지 종류의 합성 화학 물질입니다. 그들은 자연에서 어떤 것도 끊을 수 없는 탄소와 불소 원자 사이의 결합을 포함합니다.

이러한 화학 물질이 제조 또는 일상적인 제품 사용을 통해 환경으로 침출되면 지구의 물 순환의 일부가 됩니다. 지난 70년 동안 PFAS는 지구상의 거의 모든 물 한 방울을 오염시켰으며 강력한 탄소-불소 결합으로 인해 대부분의 수처리 시스템을 완전히 손상되지 않고 통과할 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 사람과 동물의 조직에 축적되어 과학자들이 이제 막 이해하기 시작한 방식으로 해를 끼칠 수 있습니다. 예를 들어 특정 암과 갑상선 질환은 PFAS와 관련이 있습니다.

이러한 이유로 물에서 PFAS를 제거하는 방법을 찾는 것이 특히 시급합니다. 과학자들은 많은 정화 기술을 실험하고 있지만 대부분은 극도로 높은 온도, 특수 화학 물질 또는 자외선을 필요로 하며 때로는 유해하고 제거하기 위해 추가 단계가 필요한 부산물을 생성합니다.

단두대에 PFAS를 선도

Northwestern 화학 교수 William Dichtel과 박사 과정 학생인 Brittany Trang은 PFAS 분자에 완고한 탄소-불소 결합의 긴 “꼬리”가 포함되어 있지만 “머리” 그룹에는 다른 분자와 강하게 반응하는 하전된 산소 원자가 포함되어 있는 경우가 많습니다. Dichtel의 팀은 DMSO라고도 하는 디메틸 설폭사이드와 수산화나트륨 또는 가성소다로 물에서 PFAS를 가열하여 화학적 단두대를 만들었습니다.

Dichtel은 “그것이 이 모든 반응을 촉발했고, 이 화합물에서 불소 원자를 내뿜어 가장 안전한 형태의 불소인 불소를 형성하기 시작했습니다.”라고 말했습니다. “탄소-불소 결합은 매우 강력하지만, 전하를 띤 머리 그룹은 아킬레스건입니다.”

그러나 실험은 또 다른 놀라움을 드러냈습니다. 분자는 기존의 지혜가 말했던 것처럼 분해되지 않는 것 같았습니다.

이 미스터리를 풀기 위해 Dichtel과 Trang은 공동 작업자 Houk 및 전염병 기간 동안 중국에서 원격으로 Houk의 그룹에서 일하고 있던 Yuli Li와 데이터를 공유했습니다. 연구자들은 PFAS 분자가 한 번에 하나의 탄소 원자를 분해할 것으로 예상했지만 Li와 Houk는 컴퓨터 시뮬레이션을 실행하여 Dichtel과 Tang이 실험적으로 관찰한 것처럼 2~3개의 탄소 분자가 분자에서 동시에 벗겨지는 것을 보여주었습니다.

시뮬레이션은 또한 유일한 부산물인 불소(충치 예방을 위해 식수에 첨가되는 경우가 많음)인 이산화탄소와 포름산(이는 해롭지 않음)이어야 함을 보여주었습니다. Dichtel과 Trang은 추가 실험에서 이러한 예측된 부산물을 확인했습니다.

Houk는 “이것은 우리가 사용할 수 있는 가장 현대적인 양자 역학 방법과 가장 빠른 컴퓨터에 도전하는 매우 복잡한 계산 세트임이 입증되었습니다.”라고 말했습니다. “양자 역학은 모든 화학을 시뮬레이션하는 수학적 방법이지만 지난 10년 동안에만 우리는 이와 같은 큰 기계론적 문제를 처리할 수 있었고 모든 가능성을 평가하고 관찰된 속도로 발생할 수 있는 문제를 결정할 수 있었습니다.”

Li Houk는 이러한 계산 방법을 마스터했으며 Trang과 장거리 작업을 통해 기본적이지만 실질적으로 중요한 문제를 해결했다고 말했습니다.

현재 작업은 퍼플루오로옥탄산(PFOA)을 포함한 10가지 유형의 퍼플루오로알킬 카르복실산(PFCA) 및 퍼플루오로알킬 에테르 카르복실산(PFECA)을 분해했습니다. 연구원들은 그들의 방법이 카르복실산을 함유한 대부분의 PFAS에 효과가 있을 것이며 다른 부류의 PFAS에서 약점을 식별하는 데 도움이 되기를 희망합니다. 그들은 이러한 고무적인 결과가 수천 가지 다른 유형의 PFAS를 근절하기 위한 방법을 테스트하는 추가 연구로 이어지기를 바랍니다.

“퍼플루오로카르복실산의 저온 광물화”라는 연구는 국립과학재단의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/08/220818163721.htm