새로운 방법은 위험한 화학물질을 무해한 물질로 분해합니다. 연구 결과에 따르면 초음파 기술은 오염된 지하수를 정화하기 위해 일반적으로 "영원한 화학 물질"로 알려진 PFAS(과불화 알킬 물질)를 효과적으로 처리할 수 있음을 보여줍니다. 거의 100년 전에 개발된 이 화학 물질은 들러붙지 않는 팬, 방수 의류, 개인 위생용품 등 다양한 제품을 만드는 데 사용됩니다. 오늘날 과학자들은 PFAS에 노출되면 선천적 결손 및 암과 같은 다양한 인간 건강 문제가 발생할 수 있다는 것을 알고 있습니다. 그러나 이러한 화학물질 내의 결합은 쉽게 분해되지 않기 때문에 환경에서 제거하기가 어렵습니다.

새로운 연구에 따르면 초음파 기술은 오염된 지하수에서 유해한 화학물질인 과불화옥탄술포네이트(PFAS)를 효과적으로 처리할 수 있음을 보여줍니다. 이 방법은 더 작은 PFAS 화합물을 분해하는 데 더 효과적이라는 점에서 기존 처리 방법과 다릅니다. 이 연구는 초음파가 PFAS의 안정적인 탄소-불소 결합을 분해할 수 있음을 입증함으로써 이전의 약물 분해 연구를 확장합니다. 이러한 접근 방식은 비용이 많이 들고 에너지 집약적이지만 수원을 보호하는 데 중요할 수 있으며 미래 수처리 기술의 잠재적 방향을 제시합니다.

이러한 어려움으로 인해 오하이오 주립대학교 연구자들은 초음파 처리(소리를 사용하여 물질을 구성하는 분자를 분리하여 물질을 분해하는 과정)가 이러한 화학 물질의 다양한 유형과 농도에서 어떻게 작동하는지 연구하게 되었습니다.

초음파 처리: 잠재적인 솔루션

소방용 폼에서 일반적으로 발견되는 PFAS 화합물인 3가지 다른 크기의 플루오로벤젠설폰산 화합물을 포함하는 실험실에서 만든 혼합물을 실험한 결과, 3시간 이내에 작은 화합물이 큰 화합물보다 훨씬 빠르게 분해되는 것으로 나타났습니다. 이는 더 작은 PFOS가 실제로 치료하기 더 어려운 다른 많은 PFOS 처리 방법과 대조됩니다.

"우리의 연구는 도전적인 작은 화합물이 큰 화합물보다 더 효과적으로 처리될 수 있다는 것을 보여줍니다"라고 오하이오 주립 대학의 토목, 환경 및 지질 공학 교수인 연구 공동 저자 Linda Weavers가 말했습니다. "이 기술의 잠재적 가치는 바로 여기에 있습니다."

이번 연구는 Journal of Physical Chemistry A에 게재되었습니다.

초음파를 사용하여 주변 환경에서 독성 퍼플루오로옥탄 설포네이트(PFAS) 화학 물질을 제거하는 방법을 탐구하는 몇 안 되는 연구 중 하나인 이 논문은 동일한 기술이 도시 수돗물과 폐수에서 의약품을 분해할 수도 있다는 사실을 발견한 Weavers의 이전 연구를 확장한 것입니다.

초음파 대 기존 방법

"PFAS 화합물은 제거하기 어려운 다른 화합물에 대해 환경 공학에서 사용하는 많은 파괴 기술이 효과가 없다는 점에서 독특합니다"라고 Weavers는 말했습니다. "따라서 우리는 어떤 기술이 다양한 응용 분야에 유용할 수 있는지 식별하기 위해 다양한 기술을 개발해야 합니다."

산화 화학물질과 반응하여 PFOS를 분해하려는 다른 전통적인 파괴 방법과 달리, 초음파는 의료 영상에 일반적으로 사용되는 것보다 훨씬 낮은 주파수의 소리를 방출하여 이러한 물질의 오염을 제거합니다. 초음파의 저주파 압력파는 용액을 압축하고 분리하여 캐비테이션 기포라고 불리는 공기 주머니를 생성합니다. 기포가 붕괴되면서 엄청난 운동량과 에너지를 얻게 되고, 기포를 압축하거나 과도하게 압축하여 기포를 가열합니다.

Wevers는 "강력한 연소실과 마찬가지로 이 작은 기포 내부의 온도는 최대 10,000켈빈에 도달할 수 있으며, PFOS를 구성하는 안정적인 탄소-불소 결합을 분해하고 부산물을 본질적으로 무해하게 만드는 것은 바로 이 열입니다"라고 Wevers는 말했습니다. "안타깝게도 이 분해 방법은 비용이 많이 들고 에너지 집약적일 수 있지만 다른 옵션이 거의 없으므로 대중은 식수 및 기타 용도로 지하수를 보호하기 위해 이 방법에 투자하는 것을 고려할 수 있습니다."

규제 대응 및 대중 인식

제조업이 PFAS 사용을 중단하는 동시에 규제 당국은 PFAS 사용을 방지하는 방법에 대한 대중의 인식을 높이기 위해 노력하고 있습니다. 올해 초 EPA는 공공 수자원 시스템에서 특정 PFAS를 모니터링하고, 이러한 물질의 수준을 대중에게 알리고, 수준이 특정 한도를 초과하는 경우 수준을 낮추기 위한 조치를 취하도록 요구하는 국가 1차 식수 규정(NPDWR)을 제안했습니다.

초음파는 용액에서 PFOS를 제거하는 데 효과적이기 때문에 과학자와 정부 기관은 미래 치료 기술 개발 및 기타 통합 치료 방법과 함께 초음파 사용을 고려해야 한다고 결론지었습니다.

Weavers의 연구는 아직 더 큰 오염 방지 노력으로 일반화될 수는 없지만, 이 연구는 그들의 연구가 대중이 가정에서 사용할 수 있는 소형, 고에너지 정수 장치를 만드는 시작이 될 수 있음을 시사합니다.

Wevers는 "우리 연구는 이를 확장하는 방법과 이를 작동시키는 데 필요한 것이 무엇인지를 중심으로 이루어집니다."라고 말했습니다. "이러한 화합물은 어디에서나 발견됩니다. 따라서 이에 대해 더 많이 알수록 이러한 화합물이 어떻게 분해되고 분해되는지 이해하는 것이 과학 발전에 중요합니다."