萊斯大學(xué)化學(xué)家詹姆斯·圖爾帶領(lǐng)研究團隊開發(fā)了一種快速電熱礦化 (REM) 工藝，該工藝可以在幾秒鐘內(nèi)修復(fù)可能污染土壤和環(huán)境的合成化學(xué)物質(zhì)的積累。該研究于 7 月 20 日發(fā)表在《自然通訊》上。
全氟和多氟烷基物質(zhì) (PFAS) 是一種持久性和生物累積性污染物，可在土壤中積累，威脅環(huán)境和人類健康。PFAS 是類耐熱、耐油、耐水和耐油脂的合成化學(xué)物質(zhì)，用于消防泡沫、食品包裝、地毯、清潔產(chǎn)品、紙張和油漆等消費品中。
現(xiàn)有的 PFAS 分解方法通常效率低下，會消耗大量能源和水，而且無法消除這些污染物。然而，REM 工藝提供了一種更有效、更高效且更環(huán)保的解決方案。
REM 工藝使用地下的電氣插入物和生物炭(一種環(huán)保導(dǎo)電添加劑)，通過直流脈沖在幾秒鐘內(nèi)將受污染的土壤快速加熱到 1,000°C 以上。高溫利用土壤中存在的天然鈣化合物將 PFAS 轉(zhuǎn)化為無毒礦物氟化鈣。該方法已證明具有較高的去除效率(超過 99%)和礦化率(超過 90%)。
“我們的研究表明，這種高溫電熱過程可以有效地將 PFAS 礦化為無毒的氟化鈣，”TT 和 WF Chao 化學(xué)教授兼材料科學(xué)和納米工程教授 Tour 說道。“該過程保留了土壤的基本特性，并通過增加養(yǎng)分供應(yīng)和支持節(jié)肢動物的滲透來增強土壤健康。”
這項突破建立在之前的研究基礎(chǔ)之上，之前的研究利用電熱加熱蒸發(fā)重金屬，并將土壤中的有機污染物轉(zhuǎn)化為無毒石墨材料。在當(dāng)前的研究中，研究團隊將土壤與生物炭混合，并施加脈沖電流，實現(xiàn)快速加熱和礦化。該過程的有效性通過先進的測試方法得到證實，包括液相色譜-質(zhì)譜法和離子色譜法。
REM 工藝以其速度快、效率高、可擴展性和環(huán)保效益而脫穎而出。與現(xiàn)有的修復(fù)方法相比，該方法減少了能源消耗、溫室氣體排放和用水量。實驗室規(guī)模的工藝每批最多可處理 2 公斤土壤，標(biāo)志著朝著目前正在設(shè)計的更大規(guī)?，F(xiàn)場應(yīng)用系統(tǒng)邁出了重要一步。
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