3Dプリントされたセラミック格子吸着剤が水からパーフルオロ化合物とポリフルオロアルキル化合物の75%を除去

3Dプリントされたセラミック格子吸着剤が水からパーフルオロ化合物とポリフルオロアルキル化合物の75%を除去
この投稿は Bingdunxiong によって 2024-8-5 18:58 に最後に編集されました

はじめに:パーフルオロアルキル化合物およびポリフルオロアルキル化合物 (PFAS) は、環境中で極めて持続性が高く、重大な健康への悪影響を持つ人工的に合成された化合物の一種です。現在、水から PFAS を除去するために使用される技術は、2 つの大きな問題に直面しています。1 つ目は、分解効果が不完全であること、2 つ目は、従来のスラリー吸着剤の使用に制限があることです。これらの問題を克服するために、研究者たちはよりシンプルで効率的な方法の開発に取り組んでいます。

△3Dプリントされたセラミック格子は、水から除去するのが難しい有害化学物質を除去できることが実証されている。英国バース大学の研究者らは、3Dプリント技術を使用して、最も一般的なパーフルオロアルキルおよびポリフルオロアルキル物質(PFAS)の1つであるパー​​フルオロオクタン酸(PFOA)を水から少なくとも75%除去できる構造的に安定した酸化インジウム吸着剤の開発に成功したと発表した。この技術は、将来、水から PFAS 化学物質を除去する取り組みにおいて重要なツールとなる可能性があります。

△この研究成果は「PFAS除去のための酸化インジウムモノリシック材料の3Dプリント」というタイトルでJournal of Chemical Engineeringに掲載されました(ポータル)
PFAS は極めて安定しており、分解に信じられないほど長い時間がかかり、場合によっては 1,000 年以上かかるため、「永遠の化学物質」として知られています。 PFAS は、生殖系、発達系、心血管系への影響や糖尿病のリスク増加など、さまざまな健康リスクを引き起こすことが知られている人工化学物質です。

PFAS の発生源には、テフロン加工のフライパン、レインコート、塗料、布地、消防用品など、一般的な疎水性の家庭用品が含まれます。

△(A) 3Dプリンター押し出しの模式図、(B) 連続的に生産される酸化インジウムモノリス構造、(C) 酸化インジウムモノリスのアップグレード
特別な3Dプリント構造設計のおかげで

バース大学化学工学部のリサーチフェローであり、デジタルファブリケーション&デザインセンターのメンバーでもあるリアナ・ズンプーリ博士は、次のように語っています。「PFAS は、その高い安定性と持続性により、水処理と公衆衛生にとって大きな懸念事項となっています。現在、私たちは大量のエネルギーを消費せずに、これらの化学物質を水から除去する効率的な方法を開発しました。」

同氏はさらにこう続けた。「3D プリントを使用してこのセラミック格子構造の吸着剤を作るのは比較的簡単なので、プロセスは拡張可能であるはずです。3D プリントはデジタル設計により表面積の大きい物体を作ることができ、これがプロセスの鍵となります。吸着剤が準備できたら、水に落として働かせるだけです。これは非常にエキサイティングなことで、私たちはこれをさらに開発して実際に使用されるのを見るのが待ちきれません。」

世界中の規制当局、特に米国と欧州連合は、飲料水中のPFASや類似化学物質の許容レベルについてすでにいくつかの規則を定めているが、研究者らは、健康への脅威の程度に対する認識が高まるにつれて、さらなる法規制が行われる可能性が高いと述べている。

共著者のダビデ・マティア教授は次のように付け加えた。「現在、英国では飲料水におけるこれらの化学物質は厳しく規制されていないが、ガイドラインは存在し、近いうちに政策が変更されると予想している。水道会社はこれらの問題に対処するためにシステムの統合を検討するかもしれない。」

△ 作製した酸化インジウムバルク材料(左)と500℃(中央)および1100℃(右)で焼結した後の顕微鏡画像
3Dプリントされた吸着剤は水からPFASの75%を除去できる

4センチメートルサイズの吸着剤は、セラミック酸化インジウムを注入したインクから作られており、3Dプリンターからインクを絞り出し(チューブから歯磨き粉を出すように)、格子状に成形することで作成される。酸化インジウムは PFAS と結合できるため、これらの化学物質は酸化インジウムで作られた吸着剤に素早く付着し、3 時間以内に水から除去できます。このアプローチは、英国およびその他の国の既存の水処理施設と互換性があります。

これまでのテストでは、これらのモノリシックリアクターは水から PFAS の 75 パーセントを除去できることがわかっていますが、チームはさらに改良を加えてプロセスをより効率的にすることを目指しています。結果は、これらの吸着剤は高温の熱「再生」プロセスを経て繰り返し使用するたびに、より効果的になることを示しました。研究者たちは、さらなる実験を通じてこの現象についてより深い理解を得たいと考えている。



水処理、材料、構造、化学

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