宾夕法尼亚州立大学研究人员开发的一种新材料有朝一日可用于去除饮用水中的持久性污染物。
在自然界中，不同液体边界处的分子相互作用可以产生新的结构。这些自组装分子使细胞形成成为可能，并有助于地球上所有生命的发展。
它们也可以被设计成执行特定功能，而现在，一个团队宾夕法尼亚州立大学的研究人员已经利用这个机会，开发能够从删除持久性有机污染物的材料水。研究人员最近在Advanced Functional Materials 上发表了他们的发现。
“我们从生物系统中获得灵感，看看我们是否可以在非生物分子中出现类似的现象，”生物医学工程助理教授、该论文的通讯作者 Scott Medina 说。
在他们的实验中，研究人员选择将氟（一种自然界中不常见的元素）加入氨基酸中，并将其与氟化油混合以指导其分子组织。该团队将氟化油添加到水中，在那里形成了一个由被氨基酸涂层包围的氟液滴组成的珠子。当研究人员翻转小瓶使珠子暴露在空气中时，珠子的成分重新排列形成薄膜。该薄膜由一层薄薄的氟化油和两层微观氨基酸晶体结构包围，在搅拌时可以将自身重新排列成珠子，并带走其他氟化分子。
“氟不能很好地与其他物质结合，所以如果你把它们放在一起，就会有很强的相互作用，”梅迪纳说。“水中的含氟污染物想要从水中分离出来并寻找其他富含氟的物质。”
这种现象，以及该化合物在薄膜状态和珠子形状之间切换的能力，激发了研究人员对可能捕获污染物的兴趣。全氟和多氟烷基物质 (PFAS) 是含氟的人造化学品，通常用于制造防水或防油产品。它们的分子结构允许它们在环境和人体中永久积累。
“大自然没有进化出有效分解含氟分子的方法，因此这些化合物会存在很长时间，”梅迪纳说。“它们进入废水和土壤，进入饮用水和食物，我们消耗它们——我们的身体也不能很好地降解它们。”
为了测试新化合物捕获 PFAS 的潜力，研究人员将受污染的水加入涂有氟化氨基酸薄膜的塑料容器中。该薄膜在两小时内捕获了 PFAS 物质，并能够将它们保留长达 24 小时。从这个阶段开始，可以搅拌含有全氟和多氟烷基物质的薄膜，使其自身重新形成有凝聚力的珠子，可以很容易地从现在净化的水中收集。
研究人员计划进一步探索这些污染物提取能力，不仅研究水净化，还研究从空气中收集化合物的潜力。随着对其应用的进一步研究，氟化化合物可能成为一种多用途的污染物去除工具，可用于各种环境。
“在调查 PFAS 的毒理学以及如何调节它们方面付出了很多努力，”梅迪纳说。“这种材料可以用来去除饮用水中的 PFAS——我们认为它在其他领域也有很多用途。”
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