Поверхностно-активные фторалкильные соединения невероятно устойчивы и накапливаются в природе, нанося вред здоровью животных и людей. Разложить их практически невозможно, и лишь теперь ученые поняли, как можно легко справиться с этими инертными загрязнителями.
Пер- и полифторалкильные соединения (PFAS) производятся с середины прошлого века. Их широко используют в химической промышленности, добавляя в состав лаков и покрытий, отделочных материалов, пен и смазок, средств гигиены, поверхностно-активных веществ и так далее. В последние годы от них пытаются отказаться: в окружающей среде PFAS практически не разлагаются и становятся стойкими, «вечными» органическими загрязнителями. Отсюда они попадают в живые организмы, нанося вред не только природе, но и людям. PFAS связывают с разнообразными гормональными проблемами, поражениями печени и почек, нарушениями развития.
Однако простого отказа от них может быть недостаточно. PFAS устойчивы к действию температур и химически инертны, из-за чего накапливаются в почве и водоемах. По всему миру существуют многие тысячи участков, сильно загрязненных этими «вечными» соединениями. А вот технологий для их очистки нет либо они требуют экстремальных условий — например, температур выше 1000 градусов Цельсия или давления более 22 мегапаскалей, — а значит, и огромных затрат. Лишь теперь ученые из Китая и США нашли ахиллесову пяту PFAS, которая позволяет уничтожать эти невероятно стойкие вещества легко и быстро. Об этом они сообщают в журнале Science.
Еще некоторое время назад было замечено, что PFAS могут деградировать в диметилсульфоксиде (DMSO) — популярном органическом растворителе. Поэтому профессор Северо-Западного университета Уильям Дихтель (William Dichtel) и его коллеги изучили, как эти вещества реагируют на смесь DMSO с добавлением других соединений. Оказалось, в присутствии небольших количеств гидроксида натрия и нагревании всего до 120 градусов Цельсия разрушается почти половина из тысяч существующих PFAS.
Ахиллесовой пятой этих веществ оказалась их гидрофобная часть. PFAS состоят из цепочки атомов углерода, каждый из которых соединен с парой атомов фтора. Эти связи крайне стабильны, что и придает молекулам большую инертность и гидрофобность. Но для создания поверхностно-активных свойств на конце цепочек PFAS есть гидрофильная группа — например, карбоксил. DMSO отрывает ее, что позволяет щелочи атаковать цепочку и в серии реакций разрушать всю молекулу.
Карбоксильная группа есть примерно у 40 процентов PFAS, и все эти загрязнения теперь можно устранять сравнительно просто. После реакций остаются лишь безвредные углерод и кислород, а также ионы фтора, удаление которого из окружающей среды уже неплохо отработано. Сложнее дело обстоит с PFAS, в которых вместо карбоксила используется сульфонил. Такие вещества чаще используются, например, в пенах для огнетушителей. DMSO с ними не справляется, и в природе они по-прежнему остаются «вечными» загрязнителями.