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科學家研究,以超聲波清除化學毒物

2023年10月22日 首頁 » 熱門科技

科學家研究,以超聲波清除化學毒物


超聲波(ultrasound)是頻率高於人類聽覺範圍的聲波。雖然人類聽不到,但超聲波已被開發成許多有價值的應用,例如健檢時的腹部超聲波檢查及汽車的倒車雷達等。最近美國俄亥俄州立大學的科學家還嘗試,以超聲波來清除污染水源的有毒化學物質,並且已獲得具體的成果。

約100年前,化學家合成一類含有多個氟與碳之化學鍵的有機化合物,它們被稱作全氟烷基和多氟烷基物質(PFAS)。由於這類化學物質非常穩定,能耐高溫又不易與水相互作用,因此應用性非常廣泛。但凡泡沫滅火器、不沾鍋、紙制食品容器的塗層、半導體製程及防潑水衣物、帳篷等都有運用。但由於PFAS在環境中幾乎不會分解,累積於人體中還會影響健康而增高癌症、不孕症的風險,先進國家已逐步禁止使用。

但PFAS優異的特性,某些應用幾乎無可取代,因此尚未完全禁止。此外,數十年來累積在環境中的PFAS,仍有可能通過飲水及食物鏈而危害人類健康。因此如何消除環境中的PFAS,是許多科學家致力解決的課題。

領導研究的科學家、俄亥俄州立大學土木與環境工程及測量學系(Department of Civil and Environmental Engineering and Geodetic Science )教授琳達‧維佛斯(Linda Weavers)博士長期研究利用超聲波,清除水體污染物。之前她已發展出運用超聲波,加速分解自來水及廢水病菌及藥物等,本次進一步研究,以超聲波清除PFAS可行性。

有利分解較小分子PFAS成分

當超聲波通過液體時,通常會在液體形成壓力波。當某些區域壓力降低而使溶於液體的氣體(如氧氣或氮氣)抽離時就會形成微小的氣泡。這些氣泡會在壓力變化下迅速形成並崩潰而釋放能量,產生數千度的高溫。超聲波正是通過這極高的溫度,而有分解PFAS轉為較無害的化學分子潛力。

研究團隊測試超聲波分解液體三種PFAS分子的能力,結果顯示,對分解較小分子PFAS成分能力更好。此結果恰好可與其他分解PFAS技術互補,因多數技術分解較大分子PFAS時效率較高。研究成果刊登於《物理化學期刊A》(The Journal of Physical Chemistry A )。

由於本次研究發現,超聲波能有效清除溶液PFAS ,團隊建議政府機構將來可考慮使用超聲波或與聯合使用,開發清除環境PFAS的設施。儘管維佛斯教授的超聲波研究尚未大規模清除PFAS,但或許可先用在設計製造小型淨水器,供有需要的家庭使用。

(首圖來源:Unsplash)

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