Međunarodni tim predvođen Univerzitetom u Bathu razvio je prototip fotokatalizatora na filter papiru koji, uz plavo svetlo, razlaže modelni PFAS (HDFN). Sistem kombinuje g-C3N4 i PIM-1: PIM-1 koncentrira PFAS blizu aktivne površine, poboljšavajući razgradnju pri neutralnim pH. Najbolji uslovi su 10 mg g-C3N4 i manja udaljenost od LED izvora; katalizator pokazuje mogućnost ponovne upotrebe. Ipak, potrebna su dodatna ispitivanja međuproizvoda, dugoročne stabilnosti i skaliranja.
Novi prototip: Ugljenični fotokatalizator razlaže „večne” PFAS molekule pomoću plavog svetla
PFAS have been used in a range of products, including non-stick cookware, cosmetics and fire extinguisher foam. (CREDIT: galaganov)
Plavo svetlo, komad filter papira i nova kombinacija ugljeničnih materijala koriste se u prototipu koji može razgraditi modelnu PFAS molekulu. Međunarodni tim predvođen Univerzitetom u Bathu razvio je jednostavan fotokatalitički sistem koji ciljano dovodi PFAS blizu aktivne površine i pod dejstvom svetlosti delimično ih razlaže.
Kako sistem funkcioniše
Katalizator kombinuje grafitični karbo-nitrid (g-C3N4) kao fotoaktivni materijal i kruti mikroporozni polimer PIM-1. PIM-1 je hidrofoban i zbog svojih mikropora privlači i koncentriše PFAS molekule u neposrednoj blizini površine g-C3N4, gde fotoindukovane reakcije započinju njihovu razgradnju.
Blue light turned on with filter paper modified with PIM-1 and g-C3N4 in 20 mL of 0.10 mol per L phosphate buffer solution at pH 7. (CREDIT: RSC Advances)
Testirana molekula i merenja
U eksperimentima je korišćen heptadekafluoro-1-nonanol (HDFN) kao model PFAS-a. Krajnji proizvodi procesa opisani u studiji su ugljen-dioksid i izvori fluora; proizvodnja fluorida je praćena komercijalnim sondama selektivnim za fluorid i korišćena je kao kvantitativni indikator stepena razgradnje.
Glavni rezultati
Obični g-C3N4 najbolje je radio u alkalnim uslovima (pH 12), gde je za 100 µmol/L HDFN dostignut skoro 10% prinos fluora posle 4 sata, dok je za 500 µmol/L blizu 30% ukupnog prinosa ostvareno posle 16 sati. Međutim, u okolini bližoj neutralnom pH (pH 6–8) oblaganje katalizatora PIM-1 značajno je poboljšalo performanse.
Scanning electron microscopy (SEM) images in 500× and 2500× magnification for (A and B) g-C3N4 powder on silicon, (C and D) g-C3N4 co-deposited with PIM-1 (5 : 1 weight ratio) on silicon. (CREDIT: RSC Advances)
Ispitivanja su pokazala da su optimizovani uslovi važni: najbolji rezultati na filter papiru dobijeni su pri 10 mg g-C3N4 — deblji slojevi (npr. 50 mg) smanjuju efikasnost verovatno zbog otežanog prolaza reagensa kroz mikropore i senčenja svetlosti. Takođe, manja udaljenost do plave LED diode povećava prinos (9,45% pri 4,0 cm naspram 5,82% pri 6,0 cm).
Otpornost i ograničenja
Filter-papir impregniran katalizatorom pokazao je mogućnost ponovne upotrebe u kratkoročnim testovima. Ipak, autori ističu brojne nedovršene tačke: neophodna je detaljna identifikacija međuproizvoda razgradnje (uključujući moguće formiranje vodonik-peroksida), ocena bezbednosti i upravljanja nastalim fluoridom ili HF, dugoročna stabilnost i broj ciklusa ponovne upotrebe, kao i bolja analiza koje tačno geometrije kompozita su fotoaktivne.
Perspektiva i dalji koraci
Tim veruje da bi slični, jeftini i prenosivi sistemi jednog dana mogli pomoći u bržem otkrivanju PFAS „vrućih tačaka” van laboratorija ili u potpori uklanjanju, ali za to su potrebni partneri za industrijsko skaliranje i dodatna optimizacija. Rad je objavljen u časopisu RSC Advances.
Važno: Iako rezultati obećavaju, reč je o ranoj fazi prototipa; proizvod još nije spreman za primenu u zaštiti voda ili životne sredine bez daljih ispitivanja.
Pomozite nam da budemo bolji.
