環境汚染、特に有害化学物質による水の汚染という問題に取り組む中で、日本の研究チームは画期的な手法を開発した。炭素を豊富に含むリグニンとグルコースという2つの物質を活用することで、有害な「永遠の化学物質」であるペルフルオロアルキル物質およびポリフルオロアルキル物質（PFAS）を水から除去するための革新的な材料を作り出したのだ。
PFASは、ノンスティック調理器具や耐水性生地から消火泡剤や半導体に至るまで、数え切れないほどの日常製品に含まれる広範な合成化学物質群です。強力な化学結合により、熱、水、油への耐性という独自の特性を持つPFASは、非常に有用です。しかし、この耐久性こそが、PFASの欠点でもあります。PFASは環境中で容易に分解されないため、「永遠の化学物質」というニックネームが付けられています。その結果、これらの物質は土壌、水、さらには人体にも蓄積し、人々の健康と環境に重大なリスクをもたらします。
PFASはその難分解性のため、多くの国で国際環境協定に基づき禁止されています。しかしながら、汚染は依然として広範囲に及んでおり、最近の研究では土壌、河川、地下水にPFASが含まれていることが明らかになっています。このことは、水からこれらの化学物質を除去するための効果的な方法の緊急性を浮き彫りにしています。しかしながら、この問題に対処するための持続可能かつ効率的な技術は現時点では不足しています。
この課題に対し、東京理科大学物質創成科学研究科の磯部俊宏准教授と土木環境工学科の藤井学教授が率いる研究チームは、有望な解決策を開発しました。この革新的なアプローチでは、炭素系材料を用いて水からPFASを効率的に除去します。研究チームは、PFASを表面に捕捉する新規吸着剤と、汚染水を浄化する膜蒸留（MD）システムという2つの主要な開発を行っています。
研究者たちは、パルプ・製紙産業の副産物であるリグニンと単糖であるグルコースを炭素源として用い、水からPFASを効果的に除去できる持続可能な材料を開発しました。彼らが開発したMD法は、蒸留と膜分離を組み合わせたもので、これらの有害化学物質に汚染された水を浄化するための新たな効率的な戦略を提供します。
「この研究は、リグニンやグルコースといった豊富で持続可能な炭素源を活用して、深刻な環境問題に取り組んでいる点で非常に興味深いものです」と磯部教授は説明した。「膜蒸留法を統合することで、PFAS除去技術の将来にとって極めて重要な、革新的な水浄化アプローチを前進させています。」
同チームの画期的な研究成果は、先日開催された第23回国際エコマテリアル加工・設計シンポジウムで発表され、これらの革新的な素材が、よりきれいな水とより健康的な環境を目指す世界的な取り組みに貢献する可能性が強調された。
この革新的なアプローチは、水から危険な化学物質を除去するのに役立つだけでなく、将来的にはより持続可能な浄化技術への道を開き、国連の持続可能な開発目標6「すべての人々にきれいな水と衛生を」を支援することになります。
炭素系材料を用いたPFAS汚染水の革新的な浄化方法
研究チームの革新的なPFAS除去アプローチは、水とPFASの重要な違い、すなわち異なる沸点を活用しています。膜蒸留（MD）法を用いることで、研究チームはPFASに汚染された水を浄化することに成功しました。このプロセスは、水の沸点がPFASよりも低いという事実を利用し、水蒸気だけが通過し、PFASは残留することを可能にします。
科学者たちは、MDシステムに疎水性多孔質炭素系分離膜を使用し、水蒸気を排出しながらPFASを効果的に遮断しました。この選択的ろ過により、パーフルオロオクタンスルホン酸（PFOS）などの有害化学物質がシステム内に確実に保持されます。実験の結果、PFOS濃度が大幅に低下したことが示されました。約500 ng/LのPFOSを含む模擬水は、わずか3 ng/Lまで低下し、世界の環境安全基準を大幅に下回りました。
研究チームはMD法に加え、PFAS汚染に対処するための別のアプローチとして、リグニン由来の吸着剤の使用も検討しました。一連の実験を通して、少量の活性炭を塩化亜鉛と1:3の比率で処理することで、わずか10分で最大99%のPFASを効果的に除去できることを発見しました。この発見は、これらの吸着剤がPFAS除去のための非常に効率的なツールとして機能し、持続可能かつ迅速な解決策を提供できることを示唆しています。
全体として、チームの研究は、PFAS汚染という環境課題への対処における炭素系材料の可能性を実証しています。彼らの研究は、根深い環境問題の解決に役立つ将来の浄化技術開発に向けた有望な基盤を提供します。
磯部教授は、MD精製法の改良計画に将来を見据えています。「現在、PFAS除去プロセス中の水蒸気の流れを強化するために、ヒーターと真空ポンプを使用しています」と磯部教授は述べました。「しかし、今後は太陽熱加熱に移行し、電力を使わないシステムを構築することで、より持続可能で効率的なシステムを目指しています。」
この画期的な開発は、水浄化のための持続可能なソリューションの創出に向けた一歩前進を示しており、有害な化学物質による汚染との戦いにおいて、より清潔で安全な水への希望をもたらします。
