Có thể phá vỡ “các hóa chất vĩnh cửu”
Hóa học có thể phá vỡ các liên kết carbon–fluorine tồn tại bền vững trong các phân tử PFAS, đem lại hy vọng có thể giúp làm sạch môi trường. Trong thời gian tới cần thử nghiệm nó trong thế giới thực.
Một liên kết hóa học đơn giản giữa các nguyên tử carbon và fluorine đã làm thay đổi cả thế giới – lẽ ra có thể tốt hơn nhưng sau đó lại trở nên xấu đi.
Nhiều liên kết nằm ở trung tâm của các hợp chất per-polyfluoroalkyl (PFAS), một nhóm các hợp chất mà số lượng lên tới hàng triệu, có khả năng chống thấm, chịu nhiệt và dầu mỡ một cách đáng kể. Dược phát hiện từ những năm 1930 với sự ra đời của polytetrafluoroethylene (PTFE, một sản phẩm của Teflon), các hóa chất này khiến cho các chảo rán trở nên không dính và giữ cho các áo khoác của chúng ta không bị ngấm mưa. Vô số mỹ phẩm, bọt chống cháy, nồi niêu xoong chảo, lớp phủ kim loại, bao bì đóng gói, vải chống cháy và nhiều vật liệu khác sử dụng đến chúng.
Nhưng chúng cũng được biết đến biệt danh “các hóa chất vĩnh cửu” bởi chúng quá khó để phá vỡ, chúng tồn tại dai dẳng trong môi trường có lẽ tới hơn cả ngàn năm. Chúng cũng là các hóa chất “có mặt ở mọi nơi”, trong đó chúng có thể được tìm thấy trên nhiều con sông hoặc cả đỉnh núi. Điều này có thể không là vấn đề, ngoại trừ một điều là các hóa chất này vô cùng độc hại, có liên quan đến sự phát triển của các vấn đề và điều kiện sức khỏe từ ung thư đến ức chế hệ thống miễn dịch.
Thế giới cũng bắt đầu hành động, cả việc dừng để các hóa chất vĩnh cửu lọt ra môi trường và dọn sạch những hóa chất đã có mặt trong môi trường. Nhưng cần thêm nhiều hành động, và phải được tiến hành nhanh hơn.
Liên kết carbon–fluorine (C–F) là một trong những liên kết trong hóa học hữu cơ, đòi hỏi một lượng lớn năng lượng để phá vỡ nó. Nhưng trong hai bài báo mới xuất bản trên Nature có miêu tả hai cách tiếp cận năng lượng thấp để phá hủy liên kết C–F này.
Cả hai phương pháp này kết hợp một xúc tác với một số hóa chất đơn giản liên quan được năng lượng của ánh sáng khả kiến điều hướng. Trong mỗi trường hợp, chất xúc tác hấp phụ ánh sáng và kích hoạt phản ứng.
Nhà hóa học Garret Miyake tại ĐH bang Colorado ở Fort Collins và cộng sự đã sử dụng năng lượng được hấp thụ để đưa liên kết C–F thành carbon–hydrogen. Yan-Biao Kang, một nhà hóa học tại ĐH Khoa học và công nghệ Trung Quốc ở Hợp Phì và cộng sự sử dụng năng lượng này để phá vỡ liên kết và phân tử về tổng thể thành phần tử nhỏ hơn, ở mức nhiệt độ thấp khoảng 40 °C. Cả hai bài báo này, không nghi ngờ gì nữa, đều đem lại một bước tiến lớn.
Những bước quan trọng tiếp theo bao gồm những ý tưởng thiết kế trong thế giới thực, ví dụ phát triển các chất xúc tác hoạt động trong nước thải hoặc có thể sử dụng để làm sạch PFAS trong đất bị ô nhiễm. Nếu một phương pháp được điều chỉnh sử dụng năng lượng Mặt trời thì nó sẽ mang lại lợi ích vô cùng to lớn.
Bất cứ giải pháp nào xuất hiện từ những phát triển đó sẽ chỉ giải quyết được một phần của vấn đề. Cần cập nhật quy định về các hóa chất và cần nhiều nghiên cứu hơn để tha thế các hóa chất an toàn hơn PFAS mà không làm nguy hại đến sức khỏe con người và môi trường.
Các nhà khoa học tư vấn cho Cơ quan hóa chất châu Âu đang xem xét một đề xuất từ nhiều quốc gia, bao gồm Đức, Hà Lan, cấm 10.000 hợp chất PFAS mà ngày nay chúng ta đang sử dụng. Ở quy mô toàn cầu, Công ước Stockholm, một hiệp ước quốc tế cấm sử dụng các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, đang cập nhập danh sách mới nhất vốn chỉ có ba loại PFAS bị cấm.
Cũng cần coi trọng việc không để PFAS lọt vào chuỗi cung cấp nước. Vào năm 2021, Cơ quan môi trường châu Âu lần đâu tiên thiết lập giới hạn trên về các mức nồng độ PFAS trong nước. Tại Mỹ, Cục Bảo vệ Môi sinh còn đi xa hơn. Vào tháng 4/2024, họ đã lập các giới hạn an toàn cho nước uống và nêu mục tiêu tiến tới loại bỏ PFAS.
Đề xuất của châu Âu vẫn chưa mở rộng đến việc cấm PFAS trong các ứng dụng như y dược hoặc vận tải vì đơn giản là hóa chất này vẫn hữu dụng và chưa tìm được giải pháp thay thế. Các liên kết C–F trong dược phẩm cho phép các phân tử trở nên bền hơn, vốn cần thiết cho việc thiết lập thời gian sử dụng của các sản phẩm.□
Thanh Hương dịch
Nguồn: https://www.nature.com/articles/d41586-024-03753-z
Bài đăng Tia Sáng số 22/2024
