"Вечные химикаты" больше не страшны? Новая разработка обещает быстрое решение проблемы

Ученые из Франкфуртского университета совершили прорыв, разработав новый катализатор, способный расщеплять PFAS – так называемые пер- и полифторалкильные вещества. Эти "вечные химикаты", используемые повсеместно, от антипригарных сковородок до водоотталкивающей одежды, печально известны своим упорством в окружающей среде и потенциальным вредом для здоровья.

PFAS ценятся за свою исключительную устойчивость к высоким температурам, химическую инертность, низкую диэлектрическую проницаемость, а также за масло- и водоотталкивающие свойства. Они играют важную роль в различных технологических областях:

• В производстве полупроводников PFAS используются в фоторезистах и травителях, позволяя создавать структуры нанометрового масштаба.
• Аэрокосмическая и оборонная промышленность применяют гидравлические жидкости, покрытия топливопроводов и герметики на основе PFAS, способные выдерживать экстремальные температуры и давление.
• В высокочастотной электронике изоляторы из PFAS улучшают передачу сигнала.
• Пленкообразующие пенообразователи (AFFF) с PFAS необходимы для быстрого тушения пожаров в аэропортах и на нефтехимических объектах.
• В автомобильной промышленности PFAS используются в пленках для жидкостных насосов и уплотнения тормозных систем.
• В системах возобновляемой энергии (солнечные панели, ветряные турбины) PFAS применяются для защиты от атмосферных воздействий и коррозии.

Однако устойчивость PFAS в окружающей среде и их потенциальное воздействие на здоровье привели к ужесточению правил со стороны природоохранных ведомств, стимулируя поиск материалов, не содержащих фтор, и технологий для очистки от PFAS.

Секрет "неубиваемости" PFAS

Главная причина стойкости PFAS кроется в углерод-фторной связи (C–F) – одной из самых прочных в химии. Обычно для её разрыва требуются высокие температуры или агрессивные химические вещества. Новая же технология работает при комнатной температуре и не требует использования дорогостоящих или токсичных металлов, таких как платина или иридий.

В основе прорыва лежит структура на основе бора, получившая название 9,10-дигидро-9,10-дибораантрацен (DBA). При добавлении всего двух электронов к DBA, он становится достаточно активным, чтобы атаковать PFAS-подобные молекулы. Ученые протестировали эту технологию на фторбензолах (C₆FₙH₆₋ₙ) в растворителе THF (тетрагидрофуран), используя различные варианты с количеством атомов фтора от 1 до 6.

Исследования показали, что катализатор работает двумя способами:

• При небольшом количестве атомов фтора он действует как нуклеофил на основе бора, атакуя молекулу и разрушая ковалентные связи, например, связь углерода с галогеном.
• При большем количестве атомов фтора он выступает в роли восстановителя, отдавая электроны и отрывая атомы водорода.

Как объяснил докторант Кристоф Бух: "Чтобы разорвать связи C–F, нам нужны электроны, которые наш катализатор передает с исключительной эффективностью. Сейчас мы используем щелочные металлы, такие как литий, в качестве источника электронов, но уже работаем над переходом на электрический ток. Это значительно упростит и повысит эффективность процесса".

Команда ученых видит перспективы применения своей разработки не только в очистке от PFAS. Многие лекарства содержат фтор для продления срока действия или улучшения их свойств. Профессор Маттиас Вагнер отметил: "С помощью этого катализатора у нас появился инструмент, позволяющий точно контролировать степень фторирования в таких соединениях".

Это открытие может предложить более безопасный и гибкий подход к решению проблемы загрязнения PFAS, а также помочь в разработке новых лекарств с заданными свойствами.

Новый катализатор, способный расщеплять PFAS – это огромный шаг вперед в решении проблемы "вечных химикатов". Это многообещающий и более безопасный способ очистки окружающей среды.