รีไซเคิล ‘เทฟลอน’ เป็น ‘ฟลูออไรด์’ ใช้ใน ‘ยาสีฟัน-บำบัดน้ำ’ ลดผลกระทบสารเคมีตลอดกาล

กระทะเคลือบ “สารเทฟลอน” ช่วยป้องกันไม่ให้อาหารติดกระทะ แต่ก็ทำให้วัสดุนี้ทำลายและรีไซเคิลได้ยาก เนื่องจากเป็น “สารเคมีตลอดกาล” หรือ PFAS และจะคงอยู่ในสิ่งแวดล้อมเป็นเวลานาน แต่นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยนิวคาสเซิลและมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮมเปลี่ยนของเสียจากเทฟลอนให้เป็นโซเดียมฟลูออไรด์ ซึ่งเป็นสารประกอบเดียวกับที่พบในยาสีฟันและถูกนำมาใช้ในโครงการเติมฟลูออไรด์ในน้ำทั่วโลก กลายเป็นวัสดุที่มีคุณค่าและใช้งานอย่างแพร่หลาย ด้วยวิธีการที่ประหยัดต้นทุนและยั่งยืน

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสารของสมาคมเคมีอเมริกัน อธิบายว่าการเขย่าด้วยโลหะโซเดียมที่อุณหภูมิห้องสามารถสลายพอลิเตตระฟลูออโรเอทิลีน (PTFE) หรือที่รู้จักกันดีในชื่อเทฟลอนได้  ต่างจากวิธีการกำจัดแบบเดิมที่ต้องเผาหรือเผาด้วยความร้อนสูง การรีไซเคิลเทฟลอนทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิห้อง ทำให้ได้โซเดียมฟลูออไรด์ที่สะอาดโดยไม่ต้องผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์อีก

“เทฟลอน” ซึ่งพัฒนาโดยบริษัทเคมีภัณฑ์ DuPont เป็นครั้งแรกในปี 1938 และนำมาใช้ประกอบกับสิ่งที่ใช้ในชีวิตประจำวันสมัยใหม่ ใช้ในเครื่องครัว อุปกรณ์การแพทย์ และสารเคลือบอุตสาหกรรม แต่สารชนิดนี้ไม่สลายตัวตามธรรมชาติและก่อให้เกิดมลพิษ

ในแต่ละปี มีการผลิตเทฟลอนหลายแสนตัน เทฟลอนส่วนใหญ่จึงถูกนำไปฝังกลบ เมื่อเวลาผ่านไปนานวันจะปล่อยสารพิษออกมา

งานวิจัยของดร.โรลี อาร์มสตรอง มุ่งเน้นไปที่การกู้คืนฟลูออรีน ซึ่งทำให้เทฟลอนทนทาน และการนำกลับมาใช้ใหม่อย่างปลอดภัย ด้วยการสกัดฟลูออรีนออกจาก PTFE และแปลงเป็นโซเดียมฟลูออไรด์ นักวิจัยสามารถปิดวงจรของหนึ่งในความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมที่ยากจะแก้ไขของวงการเคมีได้อย่างมีประสิทธิภาพ

นักวิทยาศาสตร์ได้ผสมโลหะโซเดียมเข้ากับเทฟลอนที่บดละเอียดแล้ว เข้าไปใส่ในเครื่องบดลูกบอลแบบปิดสนิท ซึ่งเป็นภาชนะเหล็กที่ใช้บดและเขย่าวัสดุ ขณะที่เครื่องทำงาน อะตอมของโซเดียมจะสลายพันธะคาร์บอน-ฟลูออรีนอันแข็งแกร่งของเทฟลอน ก่อให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่เสถียรสองชนิด ได้แก่ คาร์บอนแข็งและโซเดียมฟลูออไรด์ กระบวนการนี้เรียกว่า “เคมีเชิงกลศาสตร์” ซึ่งอาศัยการเคลื่อนที่เชิงกลเพียงอย่างเดียว ไม่ใช่ความร้อนหรือตัวทำละลาย

ความเรียบง่ายของกระบวนการนี้ทำให้สามารถปรับปริมาณการผลิตได้มาก ทำงานได้ง่าย ไม่ต้องมีเงื่อนไขเฉพาะทาง ไม่ซับซ้อน ราคาไม่แพง ใช้เพียงอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการขั้นพื้นฐาน

โซเดียมฟลูออไรด์ที่ได้มาสามารถนำไปใช้ในยาสีฟัน ระบบบำบัดน้ำ หรือแม้แต่ยาได้โดยตรง คาร์บอนที่เหลือยังมีมูลค่าเชิงพาณิชย์อีกด้วย โดยสามารถนำไปเปลี่ยนเป็นถ่านกัมมันต์ ซึ่งใช้สำหรับกรองอากาศและน้ำ ประโยชน์สองประการคือกระบวนการทั้งหมดไม่ก่อให้เกิดของเสียใด ๆ เลย

มีการใช้สเปกโทรสโกปีเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์แบบโซลิดสเตต (NMR) เพื่อยืนยันโครงสร้างของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการแปลงสภาพเสร็จสมบูรณ์โดยไม่มีผลพลอยได้ที่เป็นอันตราย โซเดียมฟลูออไรด์ที่ผลิตได้มีความบริสุทธิ์เทียบเท่ากับวัสดุที่ได้จากการสังเคราะห์มาตรฐานทางอุตสาหกรรม

ผู้เชี่ยวชาญที่ไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัยนี้ยกย่องงานวิจัยนี้ว่าเป็นก้าวสำคัญสู่เคมีฟลูออรีนที่ยั่งยืน ถือเป็นการอัพไซเคิลที่มีประสิทธิภาพ แม้ว่าจะยังจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อทดสอบความเหมาะสมของโซเดียมฟลูออไรด์ในการใช้งานทางอุตสาหกรรม

วิธีการรีไซเคิลเทฟลอนยังสามารถนำไปใช้กับวัสดุ PFAS อื่น ๆ ได้อีกด้วย ซึ่งก่อให้เกิดสิ่งที่นักวิจัยเรียกว่า “เศรษฐกิจหมุนเวียนฟลูออรีน” ซึ่งเป็นระบบที่สารประกอบฟลูออรีนที่เหลือจะถูกนำมารีไซเคิล และนำกลับมาใช้ใหม่ นักวิจัยกล่าวว่า เป้าหมายไม่ได้มีเพียงแค่การทำความสะอาดเทฟลอนเท่านั้น แต่ยังเป็นแรงบันดาลใจให้เกิดวิธีการที่คล้ายกันสำหรับสารมลพิษที่ตกค้างยาวนานอื่น ๆ

การรีไซเคิลเทฟลอนแบบดั้งเดิม อาศัยความร้อนสูงหรือสารเคมีกัดกร่อน ซึ่งมักก่อให้เกิดการปล่อยสารพิษ เคมีกลศาสตร์หลีกเลี่ยงสิ่งเหล่านี้ทั้งหมด โดยอาศัยการเคลื่อนที่ทางกายภาพเพียงอย่างเดียว ปลอดภัยกว่า มีประสิทธิภาพมากกว่า และปรับขนาดได้ง่าย จึงเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการนำไปใช้ในอุตสาหกรรม

แน่นอนว่ายังจำเป็นต้องพิจารณาด้านความปลอดภัย โลหะโซเดียมทำปฏิกิริยากับอากาศและน้ำอย่างรุนแรง แต่นักวิจัยกล่าวว่าสามารถจัดการได้อย่างปลอดภัยในภาชนะที่ปิดสนิท แม้ในที่โล่ง การเคลือบออกไซด์ตามธรรมชาติของโซเดียมก็ช่วยปกป้องได้ในระดับหนึ่ง

นอกเหนือจากยาสีฟันแล้ว ฟลูออรีนที่สกัดได้ยังสามารถนำไปใช้สังเคราะห์ซัลโฟนิลและกรดฟลูออไรด์ ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญในยาและวัสดุขั้นสูง นั่นหมายความว่าการค้นพบนี้ขยายขอบเขตไปไกลกว่าผลิตภัณฑ์ดูแลส่วนบุคคล และอาจเปลี่ยนโฉมหน้าอนาคตของการใช้ฟลูออรีนในอุตสาหกรรม

การปนเปื้อนของสารเคมีตลอดกาลในสิ่งแวดล้อม ยังคงสร้างความกังวลให้แก่ทั้งนักวิทยาศาสตร์และหน่วยงานกำกับดูแล แต่งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงทางออกอื่นนอกจากการเผาหรือฝังที่ทำให้เกิดมลพิษตามมา โดยการเผาจะก่อให้เกิดก๊าซพิษ และการฝังกลบทำให้ PFAS ซึมลงสู่น้ำใต้ดิน ต่างจากการรีไซเคิลทางเคมีกลจะเปลี่ยนสารมลพิษให้กลายเป็นวัสดุที่สะอาดและมีมูลค่า

การขยายขนาดเทคโนโลยีนี้จำเป็นต้องมีระบบการรวบรวมและคัดแยกขยะเทฟลอนที่ดีขึ้น ซึ่งปัจจุบันผสมกับพลาสติกทั่วไป แต่ด้วยมูลค่าเชิงพาณิชย์ที่สูงของโซเดียมฟลูออไรด์และปัญหา PFAS ที่รุนแรงต่อเนื่อง ยิ่งทำให้นักวิจัยเชื่อว่าแนวทางนี้อาจนำมาใช้ในระดับอุตสาหกรรมนอกห้องปฏิบัติการได้ในไม่ช้า

เป้าหมายของการวิจัยคือการทำให้เทฟลอนทุกชิ้นกลับมามีประโยชน์อีกครั้ง วัสดุที่เคยถูกมองว่าไม่สามารถทำลายได้ ปัจจุบันสามารถนำมาบูรณาการเข้ากับเศรษฐกิจหมุนเวียน แทนที่จะกลายเป็นปัญหาขยะ

ที่มา: Happy Eco News, Phys, Popular Science, Science Daily