超声波 – 帮助人们摆脱有毒 “永久化学品”的新方法

新方法可将危险化学物质分解为无害物质。研究结果表明，超声波技术可以有效地处理全氟和多氟烷基物质（PFAS），也就是通常所说的”永远的化学品”，从而净化受污染的地下水。这些近百年前开发的化学物质被广泛用于制造各种产品，如不粘锅、防水衣物和个人护理用品。如今，科学家们了解到，接触 PFAS 可导致一系列人类健康问题，如先天缺陷和癌症。但由于这些化学物质内部的键不易分解，因此很难从环境中清除。

最新研究表明，超声波技术可以有效处理受污染地下水中的有害化学物质全氟辛烷磺酸（PFAS）。这种方法与传统的处理方法不同，它能更有效地降解较小的 PFAS 化合物。这项研究扩展了之前的药物降解工作，证明超声波能够分解 PFAS 中稳定的碳氟键。虽然这种方法成本高、耗能大，但对保护水源可能至关重要，它也为未来的水处理技术指明了一个潜在的方向。

这些困难促使俄亥俄州立大学的研究人员开始研究超声降解–一种利用声音通过裂解构成物质的分子来降解物质的过程–如何对不同类型和浓度的这些化学物质发挥作用。

超声降解： 潜在的解决方案

通过对实验室制造的含有三种不同大小的氟代苯磺酸化合物（通常存在于消防泡沫中的 PFAS 化合物）的混合物进行实验，他们的结果表明，在三个小时内，较小的化合物降解速度比较大的化合物快得多。这与许多其他全氟辛烷磺酸处理方法形成了鲜明对比，在这些方法中，较小的全氟辛烷磺酸实际上更难处理。

研究报告的共同作者、俄亥俄州立大学土木、环境和大地工程学教授琳达-韦弗斯说：”我们的研究表明，具有挑战性的较小化合物也可以处理，而且比较大的化合物更有效。这就是这项技术的潜在价值所在。”

这项研究发表在《物理化学杂志 A》上。

作为仅有的几项探究如何利用超声波清除我们周围有毒的全氟辛烷磺酸（PFAS）化学物质的研究之一，这篇论文是韦弗斯之前研究的延伸，韦弗斯之前的研究发现，同样的技术也可以降解市政自来水和废水中的药物。

超声波与传统方法

“PFAS化合物很独特，因为我们在环境工程中用于其他难以清除的化合物的许多破坏技术对它们不起作用，”Weavers说。”因此，我们确实需要开发一系列技术，以确定哪些技术在不同应用中可能有用。”

其他传统的销毁方法试图通过与氧化性化学物质发生反应来分解全氟辛烷磺酸，与之不同的是，超声波通过发出频率远低于医学成像通常使用的频率的声音来净化这些物质。超声波的低频压力波会压缩并拉开溶液，从而产生被称为空化气泡的气穴。当气泡塌陷时，它们会获得巨大的动力和能量，从而压缩并过度压缩，加热气泡。

韦弗斯说：”与强大的燃烧室类似，这些微小气泡内的温度可高达 10000 开尔文，正是这种热量分解了全氟辛烷磺酸由稳定的碳-氟键组成，并使副产品基本无害。遗憾的是，这种降解方法可能成本高昂且极其耗能，但在几乎没有其他选择的情况下，公众可能需要考虑投资这种方法，以保护饮用水和其他用途的地下水。”

监管对策和公众意识

在制造业开始放弃使用 PFAS 的同时，监管机构也在努力提高公众对如何避免使用 PFAS 的认识。今年早些时候，美国环保署提出了《国家主要饮用水法规》（NPDWR），要求公共供水系统监测某些 PFAS，通知公众这些物质的含量，并在含量超过一定限度时采取措施降低其含量。

由于超声波能有效清除溶液中的全氟辛烷磺酸，研究得出结论，科学家和政府机构应考虑在未来的处理技术开发中使用超声波，并将其与其他综合处理方法结合使用。

虽然韦弗斯的研究还不能推广到更大范围的抗污染工作中，但该研究确实指出，他们的工作可能会成为制造小型、高能量水过滤设备的开端，供公众在家中使用。

韦弗斯说：”我们的研究围绕着如何扩大规模，以及需要什么才能使其发挥作用展开。这些化合物随处可见，因此随着我们对它们的了解越来越多，了解它们如何降解和分解对进一步推动科学发展非常重要。”