과학자들이 독성 '영원한 화학 물질'을 파괴하는 쉬운 방법을 찾았습니다.

Jun 14, 2024

화학자들은 플라스틱에서 남은 독성 화학물질인 일부 유형의 PFAS를 제거하는 간단한 방법을 발견했습니다.

한 세기가 넘도록 우리 세상은 플라스틱으로 만들어졌습니다. 소방용 폼부터 물병, 들러붙지 않는 팬까지 모든 제품에 사용되어 오래 지속되는 편리한 제품을 만들어냅니다. 그러나 장기적으로 플라스틱은 토양과 지하수에 스며드는 과불화 알킬 및 폴리불화 알킬 물질(PFAS)이라는 위험한 화학 물질을 방출합니다. 이러한 “영원한 화학 물질”은 오늘날 우리가 마시는 음료수, 음식, 공기, 심지어 우리 몸에도 곳곳에 존재하며, 암, 유아 발달 문제, 면역력 약화 등 달갑지 않은 결과를 초래할 수 있습니다.

과학자들은 환경에 침투하는 PFAS 화학물질을 파괴하는 방법을 연구해 왔지만 쉬운 방법은 없습니다. 그 이유는 이러한 특이한 화합물이 생물학적 또는 기타 화학적 작용제를 비롯한 어떤 것에도 반응하지 않기 때문입니다. 그들은 서로만 붙어 있고 찢어지지 않습니다. 일리노이 주 에번스턴에 있는 노스웨스턴 대학의 화학자들에 따르면, 현재의 방법은 “이러한 화합물을 분해하려면 매우 가혹한 조건”을 필요로 합니다. 지금까지 이러한 PFAS 채권을 깨는 방법은 불분명했습니다.

8월 18일 사이언스 저널에 게재된 해당 팀의 최근 연구는 PFAS 채권의 강력한 힘이 실제로 깨질 수 있음을 입증했습니다. 과학자들은 두 가지 농축된 독성 형태의 PFAS를 분해되는 더 작고 무해한 화합물로 분해하는 방법을 발견했습니다. 낮은 열, 용매, 수산화나트륨(일부 비누의 기본인 잿물)을 사용하는 이 방법은 간단하면서도 저렴합니다. 이는 오늘날 환경에 침투한 PFAS의 두 가지 주요 범주인 과불화옥탄산(PFOA)과 일반적인 대체 물질 중 하나인 GenX에 대해 작동합니다.

PFAS 화합물을 파괴하는 전통적인 어려움은 유기 화학자들이 가장 강한 결합으로 알고 있는 많은 탄소-불소 결합에 있습니다. 새로운 연구의 주요 저자인 William Dichtel은 보도 자료에서 엄청난 열(약 섭씨 400도)과 압력이 필요하며 이로 인해 소각 시 공기 오염이 발생할 수 있다고 설명합니다. “뉴욕 주에서는 PFAS를 소각한다고 주장하는 한 공장에서 이러한 화합물 중 일부가 공기 중으로 방출되는 것으로 밝혀졌습니다.”라고 화학과 교수인 Dichtel이 말했습니다. "화합물은 굴뚝에서 지역 사회로 배출되었습니다." 그리고 PFAS를 매장하면 수십 년 후에 환경을 오염시킬 뿐이라고 그는 덧붙입니다.

모든 PFAS가 미세 플라스틱으로 분해되는 것은 아니지만 PVF(폴리비닐 플루오라이드) 및 PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)와 같은 일부 PFAS는 분해됩니다. PFAS는 합성 섬유 코팅에도 사용되며 섬유 또는 입자 기반 미세 플라스틱으로 분해되는 플라스틱에도 사용됩니다. 연관성을 살펴보겠습니다.

PFAS 화학물질에는 약점이 있다는 것이 밝혀졌습니다. 즉, 분자 한쪽 끝에 하전된 산소 원자가 포함되어 있는 경우가 많습니다. Dichtel 팀은 화학 반응을 일으키는 데 도움이 되는 일반적인 시약인 수산화나트륨과 함께 PFAS를 섭씨 80~120도 사이에서 부드럽게 가열할 수 있는 흔하지 않은 용매인 디메틸 설폭사이드를 선택했습니다. 그 결과 충전된 산소 원자가 떨어지는 것부터 시작하여 일련의 반응이 일어났습니다. 그런 다음 불소 원자도 떨어져 나가서 탄소 동료를 버리고 안전한 불소 형태인 불소를 형성했습니다. 전체 과정은 단 12시간밖에 걸리지 않았으며, 이때까지 PFAS 화학물질의 90% 이상이 안전한 탄소 부산물로 전환되었습니다. Dichtel은 릴리스에서 하전된 원자 그룹을 PFAS 분자의 "아킬레스 건"이라고 불렀습니다.

이전에 PFAS를 파괴하려는 시도에서 다른 연구자들은 최대 섭씨 400도에 달하는 고온을 사용했습니다. 저렴한 시약과 보다 온화한 조건을 기반으로 한 이 새로운 기술은 탄소 원자가 한 번에 2~3개의 원자를 떨어뜨리는 원인이 되었으며, 연구진은 프로세스의 화학적 성질을 더 잘 이해하기 위해 양자 역학 모델을 사용한 추가 연구를 통해 발견했습니다. Dichtel은 그들의 분석이 유사한 연구를 수행하는 다른 사람들에게 핵심이 되기를 희망합니다.