‘अनन्त रसायन’ सरल नए तरीकों से नष्ट

पीएफएएस, विनिर्माण रसायनों का एक समूह 1940 के दशक से आम उपयोग में आने वाले रसायनों को एक कारण के लिए “हमेशा के लिए रसायन” कहा जाता है। बैक्टीरिया उन्हें खा नहीं सकते। आग उन्हें भस्म नहीं कर सकती। और पानी उन्हें पतला नहीं कर सकता। और जब ये जहरीले रसायन दब जाते हैं, तो ये आसपास की मिट्टी में मिल जाते हैं, जो आने वाली पीढ़ियों के लिए एक स्थायी समस्या बन जाते हैं।

आज, नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी के रसायनज्ञों ने असंभव प्रतीत होने वाले कार्य को पूरा कर लिया है। शोध दल ने एक ऐसी प्रक्रिया विकसित की है जो पीएफएएस यौगिकों के दो मुख्य वर्गों को तोड़ने के लिए कम तापमान और सस्ती आम अभिकर्मकों का उपयोग करती है, केवल सौम्य अंत उत्पादों को छोड़कर।

यह सरल तकनीक इन हानिकारक रसायनों के अंतिम निपटान के लिए एक शक्तिशाली समाधान हो सकती है जो मनुष्यों, पशुओं और पर्यावरण में कई खतरनाक स्वास्थ्य प्रभावों से जुड़ी हैं।

का शोध प्रकाशित हो चुकी है। जर्नल साइंस में।

नॉर्थवेस्टर्न कहते हैं, “पीएफएएस एक बड़ी सामाजिक समस्या बन गई है।” विलियम डिचटेल, अध्ययन का नेतृत्व किया। “पीएफएएस की छोटी मात्रा भी स्वास्थ्य के लिए हानिकारक होती है और टूटती नहीं है। हम एक समाधान बनाना चाहते थे, और हमारा समाधान सरल लेकिन अपरिचित है, जो बहुत रोमांचक है।”

डिचटेल नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी में रसायन विज्ञान के रॉबर्ट एल। लेसिंगर प्रोफेसर हैं। वेनबर्ग कॉलेज ऑफ आर्ट्स एंड साइंसब्रिटनी ट्रैन, जिन्होंने डिक्टेल की प्रयोगशाला में हाल ही में पूर्ण डॉक्टरेट शोध प्रबंध के हिस्से के रूप में इस परियोजना को शुरू किया, कागज पर सह-मुख्य लेखक हैं।

“लीड की तरह”

पीएफएएस, पेरफ्लूरोकाइल और पॉलीफ्लूरोआकाइल पदार्थों के लिए छोटा, 70 वर्षों से एक डिटैक्सीफायर और वॉटरप्रूफिंग एजेंट के रूप में उपयोग किया जाता है। वे आमतौर पर नॉन-स्टिक कुकवेयर, वाटरप्रूफ कॉस्मेटिक्स, फायर-फाइटिंग फोम, वाटर-रेपेलेंट फैब्रिक और ग्रीस- और ऑयल-रेसिस्टेंट उत्पादों में पाए जाते हैं।

लेकिन पिछले कुछ वर्षों में, पीएफएएस ने उपभोक्ता वस्तुओं से हमारे पीने के पानी तक और यहां तक ​​कि अमेरिका की 97% आबादी के खून में भी अपना रास्ता खोज लिया है। हालांकि उनके स्वास्थ्य प्रभावों को अभी तक पूरी तरह से समझा नहीं गया है, पीएफएएस के संपर्क में प्रजनन क्षमता को कम करने, बाल विकास को प्रभावित करने, विभिन्न प्रकार के कैंसर के जोखिम को बढ़ाने और संक्रमण से लड़ने में मदद करने के लिए दिखाया गया है। यह दृढ़ता से कम प्रतिरक्षा और बढ़े हुए कोलेस्ट्रॉल के स्तर से जुड़ा हुआ है। इन प्रतिकूल स्वास्थ्य प्रभावों को ध्यान में रखते हुए, अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी (ईपीए) ने हाल ही में कुछ पीएफएएस को ट्रेस स्तरों पर भी असुरक्षित घोषित किया है।

“हाल ही में, EPA ने अपनी PFOA अनुशंसा को अनिवार्य रूप से शून्य में संशोधित किया,” Dichtel ने कहा। “यह कुछ पीएफएएस को सीसा के समान श्रेणी में रखता है।”

ना तोड़ा जा सकने वाला बंधन

हालांकि पीएफएएस को पानी से फिल्टर करने के सामुदायिक प्रयास सफल रहे हैं, लेकिन एक बार पीएफएएस को हटा दिए जाने के बाद इसका निपटान कैसे किया जाए, इसके लिए कुछ समाधान हैं। वर्तमान में उभर रहे कुछ विकल्पों में आम तौर पर उच्च तापमान और दबाव के तहत पीएफएएस विनाश, या अन्य तरीकों से बड़ी मात्रा में ऊर्जा इनपुट की आवश्यकता होती है।

“न्यूयॉर्क में, हमने पाया कि पीएफएएस को जलाने का दावा करने वाले एक पौधे ने इनमें से कुछ यौगिकों को हवा में छोड़ दिया,” डिचटेल ने कहा। “कंपाउंड को चिमनी के नीचे समुदाय में छोड़ दिया गया था। एक और असफल रणनीति लैंडफिल में परिसर को दफनाने की थी। आपने समस्या का समाधान नहीं किया, आपने बस बीच में ही लात मारी।

पीएफएएस की अमरता का रहस्य इसके रासायनिक बंधन में है। पीएफएएस में कई कार्बन-फ्लोरीन बांड होते हैं, जो कार्बनिक रसायन विज्ञान में सबसे मजबूत बंधन हैं। आवर्त सारणी पर सबसे अधिक विद्युतीय तत्व फ्लोरीन, इलेक्ट्रॉनों को चाहता है। दूसरी ओर, कार्बन इलेक्ट्रॉनों को छोड़ने को तैयार है।

“जब आपके पास दो परमाणुओं के बीच इतना अंतर होता है कि कार्बन और फ्लोरीन एक ही आकार के होते हैं, तो यह वास्तव में मजबूत बंधन के लिए नुस्खा है,” डिचटेल ने समझाया।

पीएफएएस की एच्लीस एड़ी का पता लगाना

लेकिन परिसर का अध्ययन करते समय, डिक्टेल की टीम को एक कमजोरी का पता चला। पीएफएएस में अनम्य कार्बन-फ्लोरीन बांड की एक लंबी पूंछ होती है। हालांकि, अणु के एक छोर में एक आवेशित समूह होता है, जिसमें अक्सर एक आवेशित ऑक्सीजन परमाणु होता है। Dichtel की टीम ने सामान्य अभिकर्मक सोडियम हाइड्रॉक्साइड का उपयोग करते हुए, PFAS को डाइमिथाइल सल्फ़ोक्साइड में गर्म करके, PFAS गिरावट के लिए एक असामान्य विलायक, इस प्रमुख समूह को लक्षित किया। इस प्रक्रिया ने एक प्रतिक्रियाशील पूंछ को पीछे छोड़ते हुए, सिर के एक समूह को हटा दिया।

“यही वह है जिसने इन सभी प्रतिक्रियाओं को बंद कर दिया, इन यौगिकों से फ्लोरीन परमाणुओं को उगल दिया और फ्लोराइड का सबसे सुरक्षित रूप फ्लोराइड बनाना शुरू कर दिया।” चार्ज हेड ग्रुप एच्लीस टेंडन है।

पीएफएएस को नष्ट करने के पिछले प्रयासों में, अन्य शोधकर्ताओं ने तापमान का उपयोग 400 डिग्री सेल्सियस तक किया है। डिचटेल इस बात से उत्साहित है कि समाधान व्यापक रूप से उपयोग हो सकता है और अधिक व्यावहारिक हो सकता है, क्योंकि नई तकनीक मामूली परिस्थितियों और सरल और सस्ते अभिकर्मकों पर निर्भर करती है।

पीएफएएस के लिए गिरावट की स्थिति की खोज के बाद, डिचटेल और ट्रांग ने यह भी पाया कि फ्लोरिनेटेड दूषित पदार्थों को आमतौर पर ग्रहण की गई प्रक्रियाओं से अलग प्रक्रियाओं द्वारा अपमानित किया जाता है। यूसीएलए के सहयोगी केन हॉक और टियांजिन विश्वविद्यालय के एक छात्र यूली ली, जो वस्तुतः हौक के समूह का दौरा करते थे, ने पीएफएएस गिरावट का अनुकरण करने के लिए शक्तिशाली कम्प्यूटेशनल विधियों का उपयोग किया। उनकी गणना से पता चलता है कि पीएफएएस अपेक्षा से अधिक जटिल प्रक्रिया से क्षय होता है। पहले, पीएफएएस को एक समय में एक कार्बन को विघटित करने के लिए माना जाता था, लेकिन सिमुलेशन से पता चला है कि पीएफएएस वास्तव में एक समय में दो या तीन कार्बन को विघटित करता है। यह डिचटेल और ट्रांग प्रयोग के अनुरूप एक खोज थी। इन रास्तों को समझना शोधकर्ताओं को यह सुनिश्चित करने की अनुमति देता है कि केवल सौम्य उत्पाद ही रहें। यह नया ज्ञान विधि के और परिशोधन को निर्देशित करने में भी मदद करेगा।

कार्बनिक रसायन विज्ञान के एक प्रतिष्ठित शोध प्रोफेसर हॉक ने कहा: “क्वांटम यांत्रिकी एक गणितीय विधि है जो रसायन शास्त्र में सभी चीजों को अनुकरण करती है, लेकिन इस तरह की बड़ी यांत्रिक समस्याओं से निपटने में सक्षम होना, सभी संभावनाओं का मूल्यांकन करना, और निर्धारित दरों पर कौन सी समस्याएं होती हैं यह निर्धारित करना महत्वपूर्ण है। यह पिछले 10 वर्षों में रहा है यूली ने इन गणनाओं में महारत हासिल की है और इस बुनियादी लेकिन व्यावहारिक रूप से महत्वपूर्ण समस्या को हल करने के लिए ब्रिटनी लॉन्ग डिस्टेंस के साथ काम किया है।”

10 नीचे, 11,990 शेष

Dichtel की टीम तब अन्य प्रकार के PFAS के विरुद्ध नई रणनीति की प्रभावशीलता का परीक्षण करेगी। वर्तमान अध्ययन में, 10 perfluoroalkyl carboxylic acid (PFCA), जिसमें perfluorooctanoic acid (PFOA) और इसके एक सामान्य विकल्प GenX (सबसे लोकप्रिय PFAS यौगिकों में से दो) और perfluoroalkyl ईथर कार्बोक्जिलिक एसिड (PFECA) के रूप में जाना जाता है, को सफलतापूर्वक अवक्रमित किया गया था। हालांकि, यूएस ईपीए ने 12,000 से अधिक पीएफएएस यौगिकों की पहचान की है।

हालांकि यह कठिन लग सकता है, डिचटेल आशान्वित है।

“हमारे काम ने पीएफएएस के सबसे बड़े वर्गों में से एक को संबोधित किया, जिनमें से कई हम सबसे अधिक चिंतित हैं,” उन्होंने कहा। “ऐसे अन्य वर्ग हैं जिनके पास समान एच्लीस एड़ी नहीं है, लेकिन प्रत्येक की अपनी कमजोरियां हैं। अगर हम इसे पहचान सकते हैं, तो हम इसे सक्रिय करने और इसे नष्ट करने के बारे में जानेंगे।”

Dichtel is नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी में सस्टेनेबिलिटी एंड एनर्जी लैब प्लास्टिक, पारिस्थितिक तंत्र और सार्वजनिक स्वास्थ्य पर कार्यक्रम।का जल अनुसंधान केंद्र और यह अंतर्राष्ट्रीय नैनो प्रौद्योगिकी संस्थान

यह काम, “पेरफ्लूरोकारबॉक्सिलिक एसिड का क्रायोजेनिक मिनरलाइजेशन,” नेशनल साइंस फाउंडेशन द्वारा समर्थित था।

चटनी: एन।ऑसवेस्टर्न यूनिवर्सिटी