FKKT

Per- in polifluoroalkilne snovi (PFAS) sodijo med najbolj obstojne in okoljsko problematične onesnaževalce. Zaradi kemijske stabilnosti, površinske aktivnosti ter mobilnosti v vodnih sistemih predstavljajo velik izziv za varstvo vodnih virov in razvoj učinkovitih postopkov čiščenja. Posebej zahtevno je odstranjevanje kratkoverižnih PFAS iz vodnih okolij, saj imajo te pogosto slabšo afiniteto do klasičnih adsorbentov.

V okviru projekta N1-0483 bomo obravnavali in raziskovali temeljne fizikalno-kemijske lastnosti, ki določajo interakcije PFAS z ionskimi tekočinami, nanoglinami in hibridnimi adsorbenti. Osredotočili se bomo na plastovite dvojne hidrokside (LDH), halojzitne nanocevke (HNT) ter nanokompozite funkcionalizirane z ionskimi tekočinami, pri katerih je mogoče z uravnavanjem površinskega naboja, hidrofobnosti in strukture vplivati na vezavo snovi PFAS.

Projekt temelji na sodelovanju med slovensko raziskovalno skupino na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Ljubljani in madžarsko skupino na University of Szeged. Skupini imata komplementarno raziskovalno infrastrukturo in izkušnje iz predhodnih skupnih projektov na področju ionskih tekočin, nanoglin, koloidne stabilnosti, nanoplastike in metod sipanja.

Sodelovanje vključuje izmenjavo znanja, skupno načrtovanje eksperimentov, kratkoročne raziskovalne obiske, uporabo komplementarne opreme ter skupno interpretacijo rezultatov. Projekt bo prispeval tudi k usposabljanju mlajših raziskovalcev in doktorskih študentov na presečišču fizikalne kemije, koloidne kemije, okoljskih materialov in računalniškega modeliranja.

Projekt bo zagotovil nova znanja o obnašanju PFAS v sistemih z ionskimi tekočinami, nanoglinami in ionsko-tekočinsko funkcionaliziranimi nanokompoziti. Poseben poudarek bo na razumevanju povezave med molekularnimi interakcijami, nanostrukturo adsorbentov, koloidno stabilnostjo ter adsorpcijsko učinkovitostjo. Dolgoročno lahko ta znanja prispevajo k razvoju bolj učinkovitih in trajnostnih strategij za obravnavo PFAS kot obstojnih vodnih onesnaževalcev.

Slika 1. Shematski prikaz izbranih snovi PFAS, IL, LDH in HNT, ki so predmet raziskav v projektu.

Glavna hipoteza projekta je, da lahko ionske tekočine, nanogline in ionsko-tekočinsko funkcionalizirane nanogline delujejo kot prilagodljivi in učinkoviti adsorbenti za PFAS. Projekt zato naslavlja tri povezana raziskovalna vprašanja:

• Kako se PFAS na molekularni in koloidni ravni povezujejo z ionskimi tekočinami, LDH in HNT?
• Ali je mogoče z izbiro ionskih tekočin, površinsko funkcionalizacijo in nanostrukturno zasnovo izboljšati selektivnost in učinkovitost vezave PFAS?
• Ali lahko hibridni kompoziti IL/LDH/HNT povečajo učinkovitost odstranjevanja PFAS in ohranijo stabilnost ter možnost ponovne uporabe v okoljsko relevantnih pogojih?

Projekt je po raziskovalni naravi temeljni projekt. Cilj ni zgolj preskus adsorpcijske učinkovitosti, temveč razumevanje, kateri molekularni, koloidni in nanostrukturni dejavniki določajo učinkovitost, selektivnost, stabilnost in regeneracijo materialov.

Projekt je razdeljen v tri vsebinsko povezane faze, ki sledijo zaporedju od razumevanja osnovnih interakcij do optimizacije materialov in preverjanja delovanja v kompleksnejših vodnih sistemih:

1. leto: interakcije PFAS z ionskimi tekočinami in nanoglinami,
2. leto: optimizacija ionskih tekočin in nanomaterialov za odstranjevanje PFAS,
3. leto: kompoziti IL/LDH/HNT in preverjanje delovanja v realnejših pogojih.

Slika 2. Shematski prikaz triletnega delovnega načrta: interakcije, optimizacija adsorbentov in validacija kompozitov.

Rezultate projekta bomo dopolnjevali ob objavi znanstvenih prispevkov.

Raziskovalni članki:

1. P. Tamás, D. Takács, B. Katana, Ş. M. Simav, G. Terjéki, V. Hornok, S. Sáringer, M. Tomšič, I. Szilágyi. PFAS-Induced Charge Regulation and Aggregation in Polystyrene Nanoplastic Colloids. The Journal of Physical Chemistry Letters. DOI: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.6c00866 [COBISS.SI-ID 277371395]

Rokopis v recenzijskem postopku:

1. J. Kovač, A. Jamnik, I. Szilágyi, M. Tomšič. Angle-Dependent X-Ray Absorption Correction in SWAXS: Accounting for Constrained Scattering Volume, Beam Profiles and Capillary Wall Attenuation. Manuscript submitted to Journal of Applied Crystallography.

Prispevki na konferencah:

-