Проблема загрязнения водных ресурсов перфтороктановой кислотой (ПФОК) и другими представителями рода PFAS, известными как «вечные химикаты», приобрела глобальный масштаб. Эти соединения характеризуются чрезвычайной химической стойкостью, что делает их удаление из окружающей среды особенно сложной задачей. Название «вечные химикаты» связано с их способностью практически не разлагаться в природе, вызывая накопление токсичных веществ в воде, почве и организме человека с серьезными последствиями для здоровья. Недавние исследования ученых из Университета Юты открыли новую страницу в решении этой проблемы благодаря созданию инновационного материала на основе металлоорганических каркасов (MOF). Разработанный материал представляет собой модифицированный MOF под названием UiO-66-N(CH₃)₃⁺, который обладает уникальной способностью не только эффективно захватывать ПФОК из воды, но и обнаруживать его с помощью флуоресценции.
Такая двойная функциональность позволяет одновременно проводить очистку и мониторинг загрязняющего вещества, что является значительным преимуществом для экологического контроля и очистных технологий. Особенности и технологические преимущества нового металлоорганического каркаса заключаются в его высокой пористости и улучшенной селективности по отношению к ПФОК. При создании этого MOF исследователи применили постсинтетическую модификацию широко известного UiO-66-NH₂, встраивая в структуру катионные четвертичные аммониевые группы. Эти химические группы значительно усиливают электростатические взаимодействия с перфтороктановой кислотой, что повышает адсорбционную способность материала в 3,4 раза по сравнению с исходным каркасом. Результаты тестирования показали, что созданный MOF достигает рекордной адсорбционной ёмкости — 1178 мг ПФОК на один грамм материала, что существенно превышает показатели традиционных сорбентов, таких как активированный уголь.
Высокая скорость удаления загрязнителя с концентрацией 50 частей на миллиард (ppb) — почти 100% за 5 минут — позволяет эффективно использовать материал в реальных условиях очистки больших объемов воды. Важной особенностью является устойчивость материала к воздействию ионов солей и других видов органического материала, что обеспечивает его стабильную работу в сложных природных водных системах. Кроме того, MOF сохраняет более 93% своей адсорбционной способности после пяти циклов регенерации, что делает технологию экономичной и экологически безопасной благодаря возможности многократного использования. Флуоресцентные теги, встроенные в структуру материала, обеспечивают визуальное обнаружение ПФОК за счет свечения при связывании с загрязнителем. Этот «включающийся» сенсор позволяет проводить оперативный и точный мониторинг концентрации токсичного соединения непосредственно на месте загрязнения, что упрощает и ускоряет диагностику по сравнению с традиционными лабораторными методами.
Достижения Университета Юты открывают новые возможности для борьбы с загрязнением PFAS во всем мире, предоставляя доступный и масштабируемый метод очистки и контроля качества воды. Высокая эффективность, быстродействие, селективность и встроенный механизм визуального контроля делают данный материал мощным инструментом для промышленного и экологического применения. Кроме практического значения, эта работа демонстрирует потенциал подхода постсинтетической модификации MOF, который позволяет адаптировать материалы под конкретные задачи, расширяя их функциональность и улучшая эксплуатационные характеристики. Такой подход способен вдохновить дальнейшие разработки материалов для удаления других сложных загрязнителей и мониторинга окружающей среды. В целом, разработка UiO-66-N(CH₃)₃⁺ можно считать важным шагом в области экотехнологий, направленных на устранение последствий загрязнения «вечными химикатами».
С появлением подобных инновационных материалов становится возможным создание эффективных систем очистки и контроля водных ресурсов, что положительно скажется на здоровье людей и сохранении природных экосистем. Исследование проводилось под руководством профессора Линга Цанга совместно с ведущим автором работы Раной Далапати и аспирантами Джангфаном Ши и Мэтью Хантером. Финансирование предоставила компания Gentex Corporation в рамках гранта #10072348. Опубликованная статья «Двойной функциональный металлоорганический каркас для эффективного удаления и флуоресцентного обнаружения перфтороктановой кислоты (ПФОК) из воды» стала заметным вкладом в научную литературу и прокладывает путь к практическому применению инновационной технологии. Пусть внедрение подобных разработок ускорит процесс очистки водных объектов от вредного воздействия PFAS, обеспечив безопасность для человека и окружающей среды.
Современная наука однозначно подтверждает: будущее нашей планеты зависит от успешного решения проблем загрязнения, и новый MOF от Университета Юты — яркий пример того, как инновации меняют представления о возможностях экологической защиты.
