华盛顿大学科学家发出一种能销毁“永久化学品”的反应器

“永久化学品”--由于其在水和土壤中的持久性，是一种在我们日常生活中无处不在的分子，它包括食品包装和家用清洁用品。由于这些化学品不会降解并在我们的水和食物中缠绕，所以它们可能会导致健康问题如癌症或生育能力受损。

美环境保护局(EPA)本月建议将全氟辛烷磺酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸盐(PFOS)这两种最常见的永远化学品指定为“超级基金”，这将使环境保护局更容易监测它们并组织清理行动。

如果能在清理过程中销毁这些永久化学品，清理工作肯定会变得更加有效，一些研究人员则一直在研究这样做的方法。华盛顿大学的一个研究小组创造了一种新的技术来销毁PFOA和PFOS。研究人员开发了一种反应器，它可以通过采用在高温高压下形成的“超临界水”完全分解难以销毁的化学品。这种方法可能有助于处理工业废物，销毁目前存在于环境中的浓缩的永久性化学品及处理旧的库存，像消防泡沫中的永久性化学品。

该团队最近在《Chemical Engineering Journal》上发表了他们的发现。该论文的高级作者Igor Novosselov--来自华盛顿大学机械工程研究副教授--回答了关于他的研究的一些问题。

什么是超临界水，它如何能破坏这些分子？

Igor Novosselov：我们的反应器基本上能快速加热水，但它加热水的方式跟你煮面条时不同。通常情况下，当你提高温度时，水会沸腾并变成蒸汽。从那里，水和蒸汽的温度不会超过100摄氏度。

但如果你压缩水，你可以改变这种平衡，并在更高的温度下获得沸点。如果你增加压力，沸点温度就会增加。在某一点上，水将不会从液体过渡到蒸汽。相反，你会遇到一个临界点，在那里水会达到一个不同的物质状态，称为超临界相。在这里，水不是一种液体或气体。它是介于两者之间的东西且界限有点模糊。这是一种类似于等离子体的东西，水分子变得像电离的粒子。这些部分解离的分子在高温和高速下跳动。这是一个非常具有腐蚀性和化学侵蚀性的环境，有机分子在其中无法生存。

在正常水中永远生存的化学品如PFOS和PFOA可以在超临界水中以极高的速度分解。如果我们的条件合适，这些顽固分子可以被完全摧毁，不留下任何中间产物，只产生无害的物质如二氧化碳、水和氟化物盐，这些物质通常被添加到市政用水和牙膏中。

你是如何开始设计这个反应器的？

Igor Novosselov：我们最初设计它是为了分解化学战剂，这也是非常难以销毁的。我们花了五年时间来制造这个反应器。有一些重要的问题，如我们如何将东西保持在那个压力下？在反应堆内，压力比海平面高200倍。我们遇到的另一个问题是，我们如何确保反应堆在连续模式下点燃并在指定温度下运行？这成为一个工程项目，但毕竟我们是工程师。

反应堆是如何工作的？

Igor Novosselov：整个东西都在一个约一英尺长、一英寸直径的厚不锈钢管内。我们可以改变里面的温度以计算出我们需要多高的温度才能完全摧毁一种化学品。有些化学品需要400摄氏度，而有些需要650摄氏度。

在反应器的顶部，我们不断地向超临界水中注入试验燃料、空气和我们想要销毁的化学品，如PFOS。燃料提供了必要的热量从而使混合物保持超临界状态，而PFO则迅速跟这种腐蚀性介质混合。总的来说，反应时间不到一分钟。在反应器的底部，混合物被冷却下来，产生液体和气体排放。我们可以分析液态和气态中的内容以衡量我们是否已经破坏了化学品。

你发现了什么？

Igor Novosselov：我们用PFOS和PFOA做了同样的实验，因为两者都受到EPA的监管。我们看到PFOA在温和的超临界条件下（约400摄氏度）会消失，但PFOS不会。直到我们达到610摄氏度才看到PFOS的破坏。在这个温度下，PFOS和所有的中间产物都被破坏了--在30秒内。

在较低的温度下，PFOS的实验显示了各种中间分子的形成--包括PFOA。这些分解产物中的一些以液态形式出现，这意味着它们可能存在于永远使用化学品的生产基地的废水中。但其他中间产物是在气相中出现的，这就有问题了，因为气体排放通常不受监管。这些分子含有氟元素，而我们知道这些类型的气体会造成温室效应。现在，我们没有办法实时监测气体污染，我们也不知道会产生多少，甚至不知道它们的确切化学成分。

这个项目的下一步是什么？

Igor Novosselov：我们有几个下一步的计划。我们一直在使用这个反应器来观察它对除PFOS和PFOA以外的其他永久化学品的破坏程度。我们也在评估这项技术在现实世界中的效果如何。如你可能无法像这样处理整个海洋。但我们有可能用它来处理现有的问题，如生产基地的永久性化学废物。

永远的化学污染是一个大问题，而且它不会消失。我们很高兴能致力于此，并跟监管机构和学术界、工业界的领先团体合作来寻找解决方案。