科学者たちは有毒な「永遠の化学物質」を破壊する簡単な方法を発見

May 28, 2024

化学者は、プラスチックから残留する有毒化学物質であるいくつかの種類の PFAS を除去する簡単な方法を発見しました。

1世紀以上にわたり、私たちの世界はプラスチックでできてきました。 消火剤から水筒、焦げ付き防止の鍋まで、あらゆるものに含まれており、長持ちする便利な製品が生まれています。 しかし、長期的には、プラスチックは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）と呼ばれる有害な化学物質を放出し、土壌や地下水に浸透します。 これらの「永遠の化学物質」は今日どこにでも存在しており、私たちの飲料品、食べ物、空気、そして私たちの体にさえ含まれており、がん、乳児の発育上の問題、免疫力の低下など、望ましくない結果を引き起こす可能性があります。

科学者たちは環境に浸透するPFAS化学物質を破壊する方法を研究してきましたが、簡単な方法は存在しません。 それは、これらの孤立した化合物が、生物剤やその他の化学物質には何にも反応しないからです。 それらは互いにくっついているだけで、引き裂かれるのに抵抗します。 イリノイ州エバンストンにあるノースウェスタン大学の化学者らによると、現在の方法では「これらの化合物を分解するには非常に過酷な条件」が必要だという。 これまで、PFAS の束縛をどのように解消するかは不明でした。

8月18日にサイエンス誌に掲載された同チームの最近の研究は、PFASの絆の頑固な力が実際に打ち破ることができることを証明している。 科学者らは、2 つの濃縮された有毒な形態の PFAS を分解して、より小さく無害な化合物に分解する方法を発見しました。 この方法は、弱火、溶剤、水酸化ナトリウム (石鹸の原料である灰汁) を使用するため、簡単で安価です。 これは、今日環境に浸透している PFAS の 2 つの主要なカテゴリ、つまりペルフルオロオクタン酸 (PFOA) と、GenX として知られるその一般的な代替品の 1 つに対して機能します。

PFAS 化合物を破壊する従来の難しさは、その多くの炭素 - フッ素結合にあり、有機化学者はこれが最も強い結合であると知っています。 新しい研究の筆頭著者であるウィリアム・ディクテル氏はニュースリリースで、破壊には膨大な熱（摂氏約400度）と圧力が必要で、焼却中に空気汚染が起こる可能性があると説明している。 「ニューヨーク州では、PFASを焼却すると主張する工場が、これらの化合物の一部を大気中に放出していることが判明した」と化学教授のディクテルは言う。 「化合物は煙突から地域社会に放出されました。」 そして、PFASを埋めても、数十年後には環境を汚染するだけだ、と彼は付け加えた。

すべての PFAS がマイクロプラスチックに分解されるわけではありませんが、ポリフッ化ビニル (PVF) やポリテトラフルオロエチレン (PTFE) などの一部はマイクロプラスチックに分解されます。 PFAS は、合成繊維のコーティングや、繊維または粒子ベースのマイクロプラスチックに分解されるプラスチックにも使用されます。 そのつながりを探ってみましょう。

PFAS 化学物質には弱点があることが判明しました。PFAS 化学物質には分子の一端に帯電した酸素原子が含まれていることが多いのです。 Dichtel のチームは、ジメチルスルホキシドという珍しい溶媒を選択しました。これにより、化学反応を引き起こす典型的な試薬である水酸化ナトリウムとともに、PFAS を摂氏 80 ～ 120 度の間で穏やかに加熱できるようになりました。 その結果、帯電した酸素原子が脱落することから始まる一連の反応が起こりました。 次に、フッ素原子も同様に脱落し、仲間の炭素を捨てて、フッ素の安全な形態であるフッ化物を形成しました。 全プロセスに要した時間はわずか 12 時間で、その時点までに PFAS 化学物質の 90 パーセント以上が安全な炭素副産物に変換されました。 ディクテル氏はリリースの中で、荷電原子のグループをPFAS分子の「アキレス腱」と呼んだ。

PFASを破壊するこれまでの試みでは、他の研究者らは最高400℃の高温を使用した。 この新しい技術は、安価な試薬とより温和な条件に基づいており、炭素原子が一度に 2 ～ 3 個ずつ脱落するものであることを、プロセスの化学をより深く理解するために量子力学モデルを使用したさらなる研究を通じてグループが発見した。 ディクテル氏は、彼らの分析が同様の研究を行う他の人々に鍵となることを期待している。