Một nhóm nhà khoa học quốc tế vừa phát triển thành công chất xúc tác quang học chạy bằng năng lượng mặt trời có khả năng phân hủy nhóm hóa chất vĩnh cửu PFAS thành các sản phẩm ít độc hại hơn.

Công trình do nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Bath (Anh) thực hiện, với sự tham gia của các nhà khoa học đến từ Đại học Sao Paulo (Brazil), Đại học Edinburgh (Scotland) và Đại học Swansea (xứ Wales).

Hóa chất vĩnh cửu PFAS (per- và polyfluoroalkyl) được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm như chảo chống dính, vải chống thấm nước, mỹ phẩm và nhiều ứng dụng công nghiệp khác. Nhờ cấu trúc hóa học cực kỳ bền vững, chúng mang lại hiệu quả cao trong sản xuất. Tuy nhiên, chính đặc tính này khiến PFAS gần như không thể phân hủy trong môi trường tự nhiên.

Thay vì biến mất, PFAS tích tụ trong nguồn nước, đất, chuỗi thức ăn và cả cơ thể con người. Dù tác động lâu dài vẫn đang được nghiên cứu, một số bằng chứng cho thấy một số loại PFAS có thể làm tăng nguy cơ ung thư và các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng khác.

Công nghệ mới kết hợp carbon nitride với một polyme vi xốp cứng mang tên PIM-1. Polyme này giúp giữ các phân tử PFAS tập trung gần bề mặt chất xúc tác, nơi ánh sáng mặt trời kích hoạt phản ứng phân hủy.

Khi tiếp xúc với ánh sáng, chất xúc tác quang học sẽ phá vỡ cấu trúc PFAS, biến chúng thành carbon dioxide và fluoride. So với PFAS, fluoride kém bền hơn trong môi trường và là thành phần quen thuộc trong kem đánh răng.

Điều đặc biệt là chất xúc tác được thiết kế để hoạt động hiệu quả ở độ pH trung tính – mức phổ biến trong các hệ thống nước tự nhiên. Việc sử dụng ánh sáng mặt trời thay vì nhiệt độ cao hoặc hóa chất mạnh giúp công nghệ này có tiềm năng tiết kiệm năng lượng hơn nếu được triển khai ở quy mô lớn. Hiện tại, hệ thống vẫn đang ở giai đoạn nguyên mẫu.

Tiến sĩ Fernanda C. O. L. Martins, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết PFAS hiện diện trong rất nhiều sản phẩm tiêu dùng hằng ngày, từ quần áo chống nước đến son môi, và có xu hướng tích tụ theo thời gian trong cơ thể cũng như môi trường. Theo bà, việc kết hợp chất xúc tác gốc carbon dễ chế tạo với polyme PIM-1 giúp nâng cao hiệu quả phân hủy, đặc biệt trong điều kiện tự nhiên.

Hướng tới cảm biến PFAS di động

Không dừng lại ở việc xử lý ô nhiễm, nhóm nghiên cứu còn kỳ vọng cơ chế hóa học này có thể được ứng dụng để phát hiện PFAS. Do fluoride được giải phóng trong quá trình phân hủy, hệ thống có thể được điều chỉnh thành cảm biến đo nồng độ fluoride như một chỉ dấu cho sự hiện diện của PFAS.

Giáo sư Frank Marken từ Đại học Bath nhận định rằng việc phát hiện PFAS hiện nay rất phức tạp và tốn kém, đòi hỏi thiết bị chuyên dụng trong phòng thí nghiệm. Trong tương lai, công nghệ mới có thể được phát triển thành cảm biến di động đơn giản, cho phép xác định nhanh các khu vực có nồng độ PFAS cao ngay tại hiện trường.

Nhóm nghiên cứu đang tìm kiếm đối tác công nghiệp để mở rộng quy mô và tối ưu hóa công nghệ cho ứng dụng thực tế. Nếu thành công, giải pháp này không chỉ giúp xử lý ô nhiễm hiệu quả mà còn cung cấp công cụ giám sát chi phí thấp cho các cộng đồng đang chịu ảnh hưởng của PFAS.

Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí khoa học RSC Advances.