ספיחה יעילה של פרפלואורוקטאן סולפונט ופרפלואורובוטאן סולפונית מהממס המימי על גרגירי דיатомיט ממודפים באמינים

מדוע כימיקלים עקשניים במים חשובים

מוצרים יומיומיים רבים — ממחבתות ללא הידבקות וקופסאות אוכל למזון ועד קצפי כיבוי — משאירים אחריהם משפחה של תרכובות תעשייתיות הידועות לעתים כ"כימיקלים נצחיים". חומרים אלה, המוכרים כ-PFAS, אינם מתפרקים בקלות בטבע ונוטים להצטבר בגופנו, שם הם נקשרים לסרטן, להפרעות חיסוניות ולבעיות בהתפתחות. המחקר המסוכם כאן חוקר חומר סינון פשוט וזול העשוי מאצות מאובנות, שיכול לסלק ביעילות גבוהה שתי תרכובות PFAS נפוצות מהמים ולהיות ניתן לשימוש חוזר פעמים רבות.

מהפך חדש על סינון טבעי

החוקרים התרכזו בעפרת דיатомיט, אבקה שנוצרת מקליפות מאובנות של אצות מיקרוסקופיות. כשלעצמה, החומר הזה זול, זמין, נקבובי וכבר משמש במסננים מסוימים, אך הוא אינו קושר PFAS בחוזקה מספקת. כדי לשפר את ביצועיו, הצוות יצר מהאבקה גרגירים קטנים וציפו את משטחיהם במולקולה המכילה קבוצות עשירות בחנקן שיכולות לשאת מטענים חיוביים. הגרגירים המעובדים האלה, שנקראים APTES-DE, מספקים מוקדי פעילות רבים שיכולים למשוך את הראשיים בעלי המטען השלילי של מולקולות ה-PFAS ועדיין לשמר את המבנה הנקבובי שמאפשר למים לזרום דרכם.

מבחן הגרגירים

המדענים בחנו את הגרגירים המומרים עם מספר כלים לדימות ולניתוח משטחים כדי לאשר שהציפוי החדש נוכח וכי הנקבוביות הפנימיות נגישות עדיין. לאחר מכן בדקו עד כמה APTES-DE יכול להסיר שתי תרכובות PFAS הנמצאות בתדירות גבוהה במים: PFOS, בעל שרשרת פלואור ארוכה יותר, ו-PFBS, גרסה קצרה יותר. בניסויי אמבט מעורב, הגרגירים הסירו עד כ-92% מ-PFOS וכ-90% מ-PFBS בתנאים מיטביים. הנתונים הראו שה-PFAS יצרו שכבות מרובות על המשטח הלא אחיד במקום ציפוי חד-שכבי ואחיד, בהתאמה לנוף דמוי כתמים של אתרי קשירה חזקים וחלשים על פני כל גרגיר.

איך פועל תהליך ההסרה

על ידי שינוי זמן המגע, הריכוז, חומציות המים ותנאי הזרימה, הצוות פירק את הכוחות העיקריים שמאחורי לכידת ה-PFAS. בטווח חומציות מעט חומצי עד ניטרלי, קבוצות החנקן על הגרגירים נטענות בחיוב ומושכות את ראשי ה-PFAS בעלי המטען השלילי דרך משיכה אלקטרוסטטית. במקביל, זנבות הפלואור המתגוננים מפני מים נמשכים אל המיקרו-סביבה הפחות מימית יחסית על פני הגרגיר, מוסיפים "דביקות" הידרופובית. קשרי מימן בין ה-PFAS לקבוצות פני השטח של הסיליקה מייצבים עוד יותר את ההיקשרות הזו. ביחד, כוחות אלה יוצרים אחיזה חזקה ושיתופית, במיוחד על PFAS בעלות שרשרת ארוכה יותר, שמציגות שטח הידרופובי גדול יותר להיקשרות לגרגירים.

מבחנת מעבדה לעמודים זורמים

מכיוון שמתקני טיפול אמיתיים משתמשים בזרימה רציפה במקום במכלים עומדים, החוקרים מילאו עמודים שקופים בגרגירי APTES-DE ומשכו דרכם מים מזוהמים ב-PFAS. מיטות גרגירים גבוהות החזיקו PFAS לזמן ארוך יותר, דיחו את הרגע שבו המזוהמים החלו להופיע ביציאה והגבירו את ההסרה הכוללת. שיעורי זרימה איטיים יותר שיפרו גם הם את הביצועים בכך שהעניקו ל-PFAS זמן רב יותר להגיע ולהיקשר למשטחי הגרגירים. בכל הניסויים הללו, PFOS התחבר בעקביות בחוזקה רבה יותר וחדר מאוחר יותר מאשר PFBS, מה שמדגיש כיצד אורך השרשרת משפיע על לכידה במערכות מעשיות.

שימוש חוזר במסנן שוב ושוב

כדי שסנן יהיה שימושי בקנה מידה גדול, הוא צריך להירטב ולהיות ניתן לשימוש חוזר מבלי לאבד הרבה מהקיבולת. כאן, גרגירי APTES-DE הרוויים נשאבו בשטיפה בתערובת של אלכוהול ותמיסה אלקלית עדינה, שהרופפה את ה-PFAS ושטפה אותם החוצה. לאחר חמישה מחזורי ספיחה ורגנרציה, הגרגירים עדיין הסירו יותר מ-95% מקיבולת ה-PFOS המקורית וכ-96% עבור PFBS, והראו רק ירידות קטנות. עמידות זו, בשילוב עם יעילות הסרה גבוהה ושימוש בחומר מוצא טבעי ושפעי, מרמזת שדיָאטומית אדמה ממודפת באמינים עשויה להפוך לאופציה מעשית ובת-קיימא יותר לסילוק מזהמי PFAS עקשניים ממי נגר וזיהומים.

ציטוט: Bano, A., Prasad, B., Dave, H. et al. Efficient adsorption of perfluorooctane sulfonate and perfluorobutane sulfonic acid from aqueous solution onto amine-functionalized diatomite granules. Sci Rep 16, 10368 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41388-4

מילות מפתח: הסרת PFAS, טיהור מים, אדמת דיָאטום, ספיחה, כימיקלים "נצחיים"