Учёные из шотландского университета нашли новый способ очистки воды от распространённого загрязнителя с помощью контролируемых волн ультразвука без использования дополнительных химикатов
Система, разработанная химиками из Университета Глазго, может очищать до 94% следов бисфенола А (BPA) из образцов загрязнённой воды. Для этого используется ультразвук, который создаёт условия, аналогичные поверхности Солнца, в пузырьках загрязнённой воды.
В будущем увеличенные версии их прототипа могут быть использованы на водоочистных сооружениях для удаления BPA из источников водоснабжения. Это также может помочь промышленности удалять BPA и другие трудноудаляемые загрязнители из сточных вод перед их сбросом в общественные водоёмы.
В настоящее время ежегодно производится около 10 миллиардов килограммов BPA, в основном для использования в пластмассах. Попадая в организм человека, следы BPA могут накапливаться со временем, нарушая работу эндокринной системы и нарушая хрупкий баланс выработки гормонов. Воздействие BPA негативно сказывается на развитии плода и связано с развитием ряда серьёзных заболеваний у взрослых.
Хотя в последние годы использование BPA в потребительских товарах, таких как упаковка для пищевых продуктов, многоразовые бутылки и термобумажные чеки, сократилось, его десятилетия широкомасштабного использования в пластмассовой промышленности сделали его распространённым загрязнителем в источниках воды по всему миру.
В статье, опубликованной в журнале Ultrasonics Sonochemistry, исследователи из Школы химии Университета Глазго показывают, как они разработали систему ультразвука с двойной частотой для удаления BPA из воды.
Она работает путём генерации миллионов высокоэнергетических микроскопических пузырьков в загрязнённой воде с помощью контролируемого ультразвука. Когда эти пузырьки растут и лопаются, они на короткое время создают экстремальные условия высокого давления и температуры, создавая высокореактивные «горячие точки». Условия в этих «горячих точках» достаточно интенсивны, чтобы расщеплять молекулы BPA на безвредные вещества, такие как углекислый газ, безопасно удаляя загрязнитель из воды.
Сочетание двух частот ультразвука позволило исследователям добиться более мощного эффекта, чем можно было бы достичь с помощью одной частоты ультразвука.
В лаборатории они проверили эффективность системы, измерив как прямое удаление молекул BPA, так и общее снижение содержания органических загрязнителей при воздействии частот, объединённых на уровне 20 кГц и 37 кГц или 20 кГц и 80 кГц.
Частота 20 кГц / 37 кГц показала наилучшие результаты в 40-минутных тестах, разложив 94% BPA в образцах загрязнённой воды и создав снижение химической потребности в кислороде на 67%.
Шаун Флетчер, первый автор статьи, сказал: «Традиционные водоочистные сооружения не полностью оборудованы для борьбы с загрязнением BPA. В настоящее время, когда они пытаются с этим справиться, основное внимание уделяется удалению с помощью активированного ила или абсорбции на активированном угле. После удаления из воды BPA остаётся в этом иле или угле, и его всё равно нужно утилизировать. Мы сосредоточились на активном разложении самого химического вещества, без необходимости вторичной очистки».
Доктор Лукман Юсуф, соавтор статьи, сказал: «Ключ к этому подходу — качество пузырьков, которые мы генерируем с помощью ультразвука. Мы показали, что можем надёжно генерировать пузырьки с условиями, необходимыми для разложения BPA, опираясь на предыдущие исследования группы, которые продемонстрировали её эффективность в удалении метиленового синего, другого распространённого загрязнителя воды».
Профессор Марк Саймс, руководитель группы и автор статьи, сказал: «Сонохимия — это техника, которая только начинает реализовывать свой потенциал, поскольку сложные технологии ультразвука становятся более доступными, и исследователи по всему миру могут более легко исследовать, что она может сделать. Эта статья — наглядная демонстрация потенциала ультразвука для очистки наших водных путей, которая может помочь снизить воздействие BPA на здоровье».