Phát minh ‘bẫy phân tử tự lắp ráp’ để thu giữ các hóa chất nguy hại PFAS trong nước uống

Bình luận Ánh Dương • 14:21, 28/05/20

Các nhà hóa học tại Đại học Buffalo đã cho biết rằng bẫy phân tử tự lắp ráp sẽ được sử dụng để thu giữ các hóa chất độc hại PFAS, những chất đang làm nhiễm bẩn các nguồn cung cấp nước uống trên khắp thế giới.

Các bẫy này được làm từ các khối kết nối dựa trên sắt và hữu cơ, tương tự như Legos, để tạo thành một lồng tứ diện. Các thí nghiệm cho thấy các cấu trúc này liên kết với các hóa chất độc hại PFAS (viết tắt của các chất per- và polyfluoroalkyl), và phân tích trong phòng thí nghiệm đã cho biết điều này xảy ra như thế nào. Hóa ra, các chất PFAS dính mạnh vào bên ngoài lồng thay vì bị bắt vào bên trong lồng, các nhà nghiên cứu cho biết.

Những hiểu biết này đã được trình bày chi tiết trong một nghiên cứu mới được công bố trong tháng này và có thể giúp các nhà khoa học điều chỉnh các bẫy theo những cách thuận lợi, ví dụ, bằng cách mở rộng các lỗ của lồng để có khả năng bắt các loại chất nguy hại PFAS khác. Mục tiêu cuối cùng là sử dụng những chiếc lồng như vậy - được gọi là những chiếc lồng kim loại - trong các hệ thống cung cấp nước uống để cách ly PFAS với nước, điều này có thể giúp xử lý nước tốt hơn hoặc cải thiện các kỹ thuật phát hiện các chất ô nhiễm trong nước.

"PFAS là các hóa chất độc hại và ổn định cao có thể gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người", Tiến sĩ Diana Aga, Giáo sư Hóa học Henry M. Woodburn tại Trường Khoa học và Nghệ thuật, Đại học Buffalo (UB) nói. "Ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy mối liên hệ giữa các bệnh phơi nhiễm với PFAS và kết quả sức khỏe bất lợi ở người và động vật, với các tác động tiềm ẩn bao gồm giảm cân, giảm khả năng sinh sản, và tăng nguy cơ mắc bệnh tiểu đường và một số bệnh ung thư khác. Những phát minh mới đăng trên bài báo này rất thú vị vì chúng cung cấp bằng chứng rằng bẫy phân tử là chất hấp thụ hiệu quả đối với một số hóa chất độc hại PFAS".

Tiến sĩ Timothy Cook, phó giáo sư hóa học tại Trường Khoa học và Nghệ thuật Đại học UB nói: "Chúng tôi rất vui mừng về các cách mà công việc này đang phát triển, từ việc cho phép phát hiện PFAS mà các phân tích hiện tại có thể chưa xác định được, đến việc thay đổi các lồng để ngoài việc bẫy được PFAS, còn có thể phá hủy chúng".

Cook và Aga dẫn đầu nghiên cứu, cùng với Tiến sĩ Cressa Ria P. Fulong, một nghiên cứu sinh mới tốt nghiệp tại phòng thí nghiệm Cook gần đây và Mary Grace E. Guardian, một nghiên cứu sinh tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Aga. Tất cả các thành viên trong nhóm đã đóng góp quan trọng, với mũi nhọn là Fulong và Guardian trong công việc thử nghiệm và phân tích diễn ra trong phòng thí nghiệm.

Nghiên cứu được đăng trên trang nhất của số ra ngày 18 tháng 5 của tạp chí Inorganic Chemistry (Hóa học vô cơ). Cook đã vẽ thiết kế nghệ thuật bìa bằng tay, sau đó số hóa và tô màu. Hình minh họa mô tả các khối cấu trúc phân tử tự lắp ráp để tạo thành các cấu trúc tứ diện hội tụ trên một phân tử PFAS.

Các bẫy bắt tập hợp các hóa chất PFAS

PFAS không phải là một hợp chất đơn lẻ; chúng là một nhóm các hóa chất nhân tạo được sử dụng trong bao bì thực phẩm, sơn không dính, bọt chữa cháy và các hàng hóa khác. Bởi vì các hợp chất không bị phân hủy dễ dàng, chúng tồn tại trong môi trường trong một thời gian dài.

Nhiều nghiên cứu đã phát hiện PFAS trong nguồn cung cấp nước uống trên toàn thế giới, bao gồm một bài báo mà Aga và các đồng nghiệp đã xuất bản vào ngày 19 tháng 5 trên tạp chí Chemosphere. Dự án đó đã tìm kiếm các chất gây ô nhiễm ở Philippines và Thái Lan và tìm thấy chúng trong các hệ thống nước mặt, nước đóng chai và nước từ các trạm lọc nước uống cho các thành phố. Các nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng PFAS thậm chí còn tích lũy trong máu của con người.

Với những lo ngại này, Cook, Aga, Fulong và Guardian bắt đầu tìm hiểu xem các lồng phân tử có thể giúp bẫy PFAS hay không.

Các nhà khoa học đã sàng lọc khoảng một chục loại lồng tự lắp ráp khác nhau có chứa kim loại. Fulong đã tổng hợp các lồng trong phòng thí nghiệm của Cook và Guardian đã sử dụng các kỹ thuật phân tích tiên tiến trong phòng thí nghiệm của Aga để nghiên cứu xem mỗi cấu trúc có liên kết với PFAS hay không.

Quá trình này đã dẫn dắt nhóm nghiên cứu đến các lồng dựa trên cơ sở là kim loại, nơi thu được các tập hợp hóa chất PFAS với chuỗi sáu nguyên tử carbon trở lên, bao gồm axit perfluorocarboxylic, axit sunfonic và fluorotelomers.

Tiếp theo là gì? Tinh chỉnh các lồng để bẫy thêm nhiều loại hóa chất độc hại PFAS khác, và có thể phá hủy chúng

Nghiên cứu cung cấp cho các nhà khoa học kiến thức mới có thể giúp họ cải tiến thử nghiệm cho các lồng. Bằng cách tinh chỉnh các khối cấu trúc của lồng, các nhà nghiên cứu có khả năng tạo ra các cấu trúc liên kết mạnh hơn với PFAS, có thể bắt được thêm các loại chất gây ô nhiễm bổ sung hoặc thậm chí phá hủy các hóa chất đó, Cook nói.

"Tôi đã đọc các báo cáo trên các phương tiện truyền thông, họ phổ biến rằng mọi người đang cố gắng tiêu hủy các hóa chất độc hại PFAS này và nó có thể khiến vấn đề trở nên tồi tệ hơn", Cook nói. "Về cơ bản, nó chỉ đưa chúng lên cao và phân tán chúng nhiều hơn. Tôi tự hỏi liệu chúng ta có thể phát triển các lồng với các đặc tính điện hoặc quang hóa sẽ cho phép chúng phá vỡ các liên kết trong PFAS hay không."

"Tôi hy vọng rằng các bẫy phân tử có thể được thiết kế để có khả năng thu được PFAS hòa tan trong nước cao nhất, các loại hóa chất độc hại thường thoát khỏi các công nghệ xử lý nước thông thường hiện tại", Aga nói. "Hiện đã có nhiều chất hấp thụ, tương tác với PFAS đã được sử dụng, như than hoạt tính. Tuy nhiên, than hoạt tính không có các khối cấu trúc hoặc các lỗ nhỏ li ti có thể dễ dàng điều chỉnh và đây chính là vẻ đẹp của các lồng kim loại chúng tôi đã thử nghiệm thành công hiện nay".

Ánh Dương

Theo Phys-org

Khoa học Công nghệ