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Jun 04, 2023

この PFAS 処理は水中の化学物質を永久に破壊します

Metodo di trattamento dell'acqua PFAS introdotto da scienziati canadesi e binazionali

カナダとアメリカの大学の科学者によって導入された PFAS 水処理方法は、飲料水の浄化に革命をもたらしています。

2023 年 5 月 17 日、東部時間午後 1 時 16 分に公開

1930 年代に発明されて以来、PFAS 化学物質 (別名「永遠の化学物質」) は生活のほぼあらゆる面に浸透してきました。 CDCによると、合成化学物質は1940年代以来、焦げ付き防止調理器具、雨具、防汚布地、消火剤、デンタルフロス、塗料、さらには化粧品やスキンケアなどの消費者製品に使用されている。 残念ながら、PFASは飲料水にも含まれているため、2023年には有害な化学物質を避けることはほぼ不可能です。 一見逃げ場がないように見えますが、革新的な PFAS 水処理は希望をもたらします。

現在利用されている活性炭やイオン交換システムの方法は、さまざまな種類の PFAS をすべて対象としていないか、時間がかかるため、化学物質を永久に除去するという点では標準以下です。 しかし、科学者によって開発されたPFAS汚染水の処理方法は、厄介な化学物質を「一度に」除去するものだとインデペンデント紙は報じている。

PFAS はペルフルオロアルキルおよびポリフルオロアルキル物質であり、環境作業部会によると「体内に蓄積し、環境中では決して分解されない」物質です。 PFAS 化学物質の長期持続性は、その非常に強力で実質的に破壊できない炭素とフッ素の結合によるものです。

国立環境衛生科学研究所によると、PFOA (ペルフルオロオクタン酸) や PFOS (ペルフルオロオクタン酸スルホン酸) などの有毒なフッ素化化学物質 (永久化学物質は 9,000 以上存在します) がアメリカ人のおよそ 97 パーセントの血流中に存在しています。

彼らは、PFASで汚染された水（多くの人が「有毒なスープ」と呼んでいます）を飲むこと、PFASを含む保湿剤、化粧品、日焼け止めを使用すること、PFASで汚染された水から獲れた魚を食べること、PFASで汚染された土壌で栽培された食物を食べることを介して体内に侵入する可能性があります。 PFASで汚染された土壌や粉塵などを飲み込む。

「PFAS化学物質は、人類に知られている化学物質の中で最も広く普及しており、非常に毒性が高く、極めて残留性の高い化学物質の一部です。そして、それらは私たちが知っている化学汚染物質の中で公衆衛生上の最大の脅威の一つです」と天然資源防衛評議会のエリック・オルソン氏は語った。独立者。

PFAS 化学物質への曝露は、がん、肝障害、ホルモンの不均衡、甲状腺疾患、生殖能力の問題、高コレステロール、肥満、心臓病、発達上の問題などの健康状態と関連しています。

査読付き科学誌ケモスフィアに掲載された2023年の研究「PFOAの電気化学的分解とその一般的な代替品:主要パラメータ、活性種の役割、および変換経路の評価」では、カナダのブリティッシュ・コロンビア大学の科学者らが以下の論文を作成した。水中のすべての PFAS 化学物質を引き寄せて捕捉する吸着材。 その後、電気化学および光化学技術により、収集された化学物質が破壊されます。

具体的には、この研究では、環境や飲料水に一般的に見られるペルフルオロオクタン酸 (PFOA) の電気化学的分解を調査しました。

初期の研究が PFAS 化学物質の電気化学的分解に取り組んでいることは事実ですが、その多くは一度に 1 つのパラメータのみを考慮したり、「現実世界のシナリオを代表していない条件下で、または狭い範囲で研究された」いくつかのパラメータの影響を調査したりしていました。 」 2023年の調査によると。 これは矛盾した結果をもたらしました。

この研究で伝えられているように、科学者らは「中心複合設計（CCD）を採用して、PFOAの分解に対する主な動作パラメータ（電極ギャップ、電流密度、撹拌速度など）の影響と相互作用を調査した」という。

「最適な動作条件を見つけた後、初期pH、DO（溶存酸素）、温度、PFOA濃度、電解質濃度などの溶液パラメーターの影響を広い範囲で決定しました」と研究の紹介は続いている。

最終的に研究チームは、「最高のPFOA分解率は、2つの主要な操作パラメータである高い電流密度と撹拌速度を組み合わせることで達成される」ことを発見した。 そして、「酸性条件、高温、PFOA の初期濃度が低いと分解速度が促進される」一方、「DO は PFOA の分解にほとんど影響を及ぼさない」ことを発見しました。

ブリティッシュ・コロンビア大学によると、革新的な吸収技術を開発したUBCの化学生物工学教授マジッド・モセニ博士は、この科学的驚異を「ブリタのフィルターだが、千倍も優れている」と表現した。

「当社の吸着媒体は、PFAS 粒子の最大 99 パーセントを捕捉し、再生して再利用することも可能です。これは、これらの材料から PFAS をこすり落としても、別の重大な問題となるさらに毒性の高い固形廃棄物が発生しないことを意味します。環境問題への挑戦です」とモーセニ博士は語った。

カナダではPFAS化学物質の製造は中止されたが、PFASを含む雨具を洗濯したり、特定の泡（典型的には水性膜形成泡）で消火したりするだけで水路が汚染されるとモーセニ博士は説明した。

モーセニ博士の研究グループは、農村部、僻地、先住民コミュニティの水質改善にも取り組んでいます。

「当社の吸着媒体は、PFASを捕捉できる最先端かつ高価なソリューションを導入するためのリソースが不足している小規模なコミュニティに住む人々にとって特に有益です。これらは分散型の家庭用水処理の形でも使用できます。」と同氏は述べた。

モーセニ博士と彼のチームの発見により、彼らは将来について楽観的になりました。

「これらの実際の現場調査から得られた結果により、この技術をさらに最適化し、地方自治体、業界、個人が水中のPFASを除去するために使用できる製品として準備できるようになります。」と同氏は続けた。

米国全50州の水道水には永久に有害な化学物質が潜んでいることを考慮し、科学者たちは効果的な物質を見つけるためにたゆまぬ努力を続けている。彼らを殲滅する方法。 2023年、アリゾナ州立大学の研究者らは、水中のPFAS化学物質を標的とする方法を開発したが、それには微生物が関与している。

ASUの持続可能工学大学院のリージェント教授であるブルース・リットマン博士と彼の研究チームは、ASUのロリ・K・ベイカー氏が詳述したように、「PFAS暗殺者」のように機能する微生物群を導入した。

これらの微生物は小さいですが強力で、水から好ましくない汚染物質を除去するのに役立ちます。

「微生物群集は、さまざまなことを行い、チームとして協力する微生物の集合体です。微生物群集を、さまざまなポジションのさまざまな選手がいるスポーツ チームと考えることもできます。あるいは、さまざまな音楽家が演奏するオーケストラと考えることもできます。交響曲だ」とリットマン博士は説明した。

リットマン博士は廃水処理に微生物を利用することで有名であり、自然に存在する微生物に水中の汚染物質（過塩素酸塩やトリクロロエテンなど）を除去させる膜バイオフィルム反応器（MBfR）を発明しました。

「MBfR では、中空糸ガス移動膜を使用しています。中空糸は非常に小さなストローのようなものです。そして、微生物に水素ガスを供給するためにストローを使用します。水素はストローの内側に供給されるため、 「壁を通して拡散する。外側では微生物のバイオフィルムが水素を酸化する」と彼は自分の発明について説明した。

PFAS 化学物質に焦点を当てるために、Rittmann 博士は MBfR を膜触媒膜反応器 (MCfR) に改訂しました。 MCfRでは、ASUによれば、「パラジウムベースのナノ粒子触媒の膜が膜またはストローの外側に堆積される」。

「白金族金属の 1 つであるパラジウムは、固体元素の形で触媒であることで有名です。つまり、パラジウムは多くの反応をスピードアップします。そして、パラジウムがスピードアップする反応の 1 つは、PFAS の還元的脱フッ素化です。フッ素原子を水素原子に置き換えるのです」とリットマン博士は述べた。

MBfR と MCfR は連携して汚染物質と闘い、水を浄化します。

「私たちはMCfRを使用してフッ素をいくつかからすべて取り除き、それらの化合物を含む水をMBfR内の微生物に渡し、彼らが仕事を完了します」と彼は共有しました。 「これまでに試したすべての PFAS 化合物で効果があることを示しました。」

さらに、リットマン博士の MBfR テクノロジーは、「廃水処理コストを削減し、エネルギー消費を削減し、さらにはリサイクルのために貴金属を回収する」ことができ、それが汚染につながることはありません。

リットマン博士は、飲料水処理における微生物の使用という概念を初めて提案した 1984 年以来、細菌に対する私たちの見方に革命をもたらすよう取り組んできました。 彼は、微生物（プロバイオティクスを思い浮かべてください）の自然の超能力を世界に見てもらい、いわば偏見を打ち破ってもらいたいと考えています。

「飲料水処理における従来の技術は、バクテリアを殺すことでした」と彼は説明した。 「この分野は今では変わりました。生物濾過と呼ばれるものは、現在では飲料水処理の比較的一般的な機能ですが、この概念が定着するまでには長い時間がかかりました。」

ASUの研究室にいる間、研究者らはウォーターボトルサイズの反応器を使用し、PFAS化学物質の除去に大きな成功を収めた。 次のステップには、汚染水での野外試験が含まれます。 微生物が助けてくれます！