محققان دانشگاه رایس، با همکاری شرکای بین‌المللی، اولین فناوری سازگار با محیط زیست را برای جذب و از بین بردن سریع مواد شیمیایی سمی در آب توسعه داده‌اند. مواد شیمیایی سمی در این مطالعه، مواد شیمیایی مصنوعی هستند که برای اولین بار در دهه 1940 تولید شدند و در محصولاتی از قابلمه‌های تفلون گرفته تا لباس‌های ضد آب و بسته‌بندی مواد غذایی استفاده می‌شدند. توانایی آنها در مقاومت در برابر گرما، چربی و آب، آنها را برای صنعت و مصرف‌کنندگان ارزشمند کرده است. اما همین مقاومت به این معنی است که آنها به راحتی تجزیه نمی‌شوند و به آنها لقب “مواد شیمیایی همیشگی” را داده است.
امروزه، این مواد در آب، خاک و هوا در سراسر جهان یافت می‌شود. مطالعات آنها را با آسیب کبدی، اختلالات تولید مثلی، اختلال در سیستم ایمنی و برخی سرطان‌ها مرتبط می‌داند. تلاش‌ها برای پاکسازی آنان با مشکل مواجه شده است زیرا حذف و از بین بردن این مواد شیمیایی پس از انتشار در محیط زیست دشوار است. روش‌های سنتی پاکسازی این مواد، معمولاً به جذب سطحی متکی هستند، جایی که مولکول‌ها به موادی مانند کربن فعال یا رزین‌های تبادل یونی می‌چسبند. اگرچه این روش‌ها به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما دارای معایب عمده‌ای هستند: راندمان پایین، عملکرد کند، ظرفیت محدود و ایجاد زباله‌های اضافی که نیاز به دفع دارند.
به گفته وانگ، استاد نانوفناوری مولکولی تینا و سونیت پاتل و استاد مهندسی شیمی و بیومولکولی، شیمی و مهندسی عمران و محیط زیست، روش‌های فعلی برای حذف مواد شیمیایی سمی بسیار کند، ناکارآمد و باعث ایجاد زباله‌های ثانویه می‌شوند. رویکرد جدید یک جایگزین پایدار و بسیار مؤثر ارائه می‌دهد.
نوآوری تیم تحت رهبری دانشگاه رایس بر روی یک ماده هیدروکسید دوگانه لایه‌ای (LDH) ساخته شده از مس و آلومینیوم متمرکز است که اولین بار توسط کیم به عنوان دانشجوی کارشناسی ارشد در سال 2021 کشف شد. چانگ هنگام آزمایش با این مواد، کشف کرد که یک فرمولاسیون با نیترات می‌تواند مواد شیمیایی سمی را با راندمان رکوردشکن جذب کند. به گفته وی، با کمال تعجب، این ترکیب LDH بیش از 1000 برابر بهتر از سایر مواد، این مواد سمی را جذب کرد. همچنین فوق‌العاده سریع عمل کرد و مقادیر زیادی را در عرض چند دقیقه حذف کرد، حدود 100 برابر سریع‌تر از فیلترهای کربنی تجاری.
اثربخشی این ماده از ساختار داخلی منحصر به فرد آن ناشی می‌شود. لایه‌های مس-آلومینیوم سازمان‌یافته آن همراه با عدم تعادل بار جزئی، محیطی ایده‌آل برای اتصال مولکول‌های سمی با سرعت و قدرت ایجاد می‌کنند. برای آزمایش عملی بودن این فناوری، تیم تحقیقاتی ماده LDH را در آب رودخانه، آب لوله‌کشی و فاضلاب ارزیابی کردند. در همه موارد، این ماده بسیار مؤثر بود و در سیستم‌های جریان ثابت و پیوسته عملکرد خوبی داشت. نتایج نشان‌دهنده پتانسیل قوی برای کاربردهای گسترده در تصفیه آب شهری و پاکسازی صنعتی است. مطالعات اولیه نشان داد که این ماده می‌تواند حداقل شش چرخه کامل جذب، تخریب و تجدید را تکمیل کند و آن را به اولین سیستم پایدار و سازگار با محیط زیست شناخته شده برای حذف مواد شیمیایی سمی تبدیل کند.
