米国のライス大学が率いる国際科学研究チームはこのほど、水域中の「永遠の化学物質」として知られるパーフルオロアルキル物質およびポリフルオロアルキル物質（PFAS）を迅速に捕捉して分解できる、環境に優しい新しいプロセスを開発したと発表した。この成果は、頑固な環境汚染と闘う上で重要な一歩と考えられています。
PFAS は、1940 年代以来、テフロンノンスティックコーティング、防水衣類、食品包装などの日用品に広く使用されている人工化学物質です。耐熱性、耐油性、防水性に優れているため、広く使用されています。しかし、非常に分解しにくいことから「永遠の化学物質」とも呼ばれています。現在、PFAS は世界中の水、土壌、空気中に広く検出されています。関連研究では、そのような物質への曝露が肝障害、生殖問題、免疫系障害、特定のがんのリスク増加と関連していることが示されており、その管理が環境分野における顕著な問題となっている。
長い間、主流の PFAS 除去技術は主に吸着に依存しており、活性炭やイオン交換樹脂などの材料を使用して PFAS を付着させ、吸着剤を集中処理して処理していました。しかし、これらの方法は、多くの場合、効率が低く、処理速度が遅く、処理能力が限られており、その後の廃棄時に二次廃棄物が発生するという問題があります。ライス大学ジョージ・R・ブラウン・スクール・オブ・エンジニアリング・アンド・コンピューティングのマイケル・S・ワン教授は、既存の方法は長期的かつ大規模な修復ニーズに対応するには「遅すぎ、非効率的で、さらなる無駄を生む」と指摘した。
この研究の画期的な進歩は、銅アルミニウム層状複水酸化物 (LDH) 材料によってもたらされました。このシステムは、2021年に韓国科学技術院（KAIST）の大学院生だったJin Jianhan氏によって初めて発見された。ライス大学博士研究員Yongkun Zhong氏はさらなる実験で、ある種類の硝酸塩含有処方がPFASに対して異常に強い吸着特性を示すことを発見した。同氏によると、このLDHは他の素材と比べてPFASの捕捉能力が1,000倍以上高く、非常に反応が早く、市販の活性炭濾材と比較して約100倍の速さで数分以内に大量のPFASを除去できるという。
研究チームは、この材料の高効率の鍵は、その内部の高度に秩序化された銅とアルミニウムの層状構造とわずかな電荷の不均衡にあり、これがPFAS分子の「速くて強力な」結合に理想的な微小環境を提供すると指摘した。その後のテストで、研究者らは川の水、水道水、廃水など実際の水サンプルでその性能を検証しました。このLDHは、静的処理システムでも連続流システムでも安定した優れた除去効果を示し、都市水道や産業排水処理における工学的応用の可能性を示しました。
チームはまた、PFAS ガバナンスにおけるもう 1 つの大きな問題、つまり汚染物質の完全な破壊に対して新しいアイデアを提供しました。 Zhong Yongkun 氏は、ライス大学の Pedro Alvarez 氏および James Tull 氏と協力して、熱分解プロセスを開発しました。吸着で飽和した LDH を炭酸カルシウムで加熱すると、有毒な副生成物を放出することなく、捕捉された PFAS の半分以上を分解して「石灰化」できます。さらに、このプロセスでは活物質も再生されるため、再利用できます。
予備研究では、この材料が少なくとも6回の完全な「捕獲-破壊-再生」サイクルを完了できることが示されており、研究チームはPFAS除去と持続可能なリサイクルを統合した最初の環境に優しいシステムとみている。プロジェクトリーダーの王氏は、このユニークなLDH技術は近い将来、PFAS汚染水の処理方法を変えることが期待されており、成果の達成には国境を越えた協力と若い研究者の創造性が不可欠であると述べた。
「ペルフルオロアルキル物質およびポリフルオロアルキル物質の超急速捕捉および石灰化のための再生可能水処理プラットフォーム」と題された関連論文は、2025 年 9 月 25 日に学術誌アドバンスト マテリアルズに掲載されました。この研究は、韓国国立研究財団、サウジアラムコ-KAIST 二酸化炭素管理プログラム、米国陸軍工兵隊工学研究開発センター、ライス大学持続可能性研究所、および WaTER Institute から資金提供を受けました。
/ScitechDaily から編集