언젠가, 당신의 식수는 독성이 없을 수 있습니다.
PFA (Per- 및 Polyfluoroalyl 물질)라고하는이 화학 물질은 메이크업, 논스틱 조리기구, 치실, 배터리 및 식품 포장과 같은 일반적인 가정 용품에서 발견됩니다. PFAS는 토양, 물, 음식 및 공기에 스며 들어 수천 년 동안 환경에 남아있을 수 있습니다.
Georgia Tech, 최첨단 머신 러닝 (ML) 모델을 사용하여 식수에서 PFA를 효율적으로 룰렛 게임 사이트 더 나은 막을 설계하고 있습니다.
“50 개 주 모두에서 2 억 명 이상의 미국인이 식수에서 PFA의 영향을 받고 1,400 개의 커뮤니티가 건강 전문가의 안전 임계 값보다 높습니다.Yongsheng Chen, Bonnie W. 및 Georgia Tech의 시민 및 환경 공학 학교 교수. "우리의 연구는 인간 건강과 환경에 이러한 독성 화학 물질의 영향을 완화하기위한 확장 가능하고 효율적이며 지속 가능한 솔루션을 제공하는 것을 목표로합니다.".
결과적인 작업은 1 천만 달러 이상의 다년간 보조금으로 자금을 지원합니다U.S. 농업부 (USDA),National Science Foundation및환경 보호국 (EPA), was최근에 게시Nature Communications.
하수 처리 한계
기존의 수처리 과정은 PFA를 룰렛 게임 사이트 데 효과적이지 않습니다. 너무 자주, 염소를 사용하여 물에서 병원체를 죽이고 유해한 부산물을 만듭니다.
“하나의 문제를 해결하면 또 다른 문제가 발생합니다.”Chen.
그는 이미 정밀 농업에서 ML 및 인공 지능을 사용하여 식물의 영양소 수준을 모니터링했으며 PFA 제거를 비슷하게 해결하려면 새로운 접근법이 필요하다고 주장합니다. Chen의 팀은 물 전체를 치료하기보다는 먼저 PFA를 물 흐름에서 분리했습니다.
UW-Madison 부교수 Ying Li는 분자 시뮬레이션으로 ML 모델을 검증했습니다.
Chen은 ML 모델링을 수행하기 위해 10 명의 박사 학위 학생과 9 명의 연구 과학자로 구성된 팀에 의존했습니다. Georgia Tech 외에도 다른 두 학교는 사람들과 실험실 전문 지식을 제공했습니다.University of Wisconsin-Madison분자 시뮬레이션으로 모델을 검증했지만애리조나 주립 대학과학 문헌 및 실험실의 데이터를 사용하여 교육을 받았습니다.
“멤브레인 분리에 머신 러닝 적용을 적용하는 환경 공학의 흥미 진진한 프론티어를 나타냅니다.Tiezheng Tong, ASU의 지속 가능한 공학 및 건축 환경 학교 환경 공학 부교수
이것은 PFA의 독성 특성으로 인해 최근에 상당한 대중의 관심을받은 광범위한 문제인 PFAS 오염을 해결하는 또 다른 단계입니다.식수에서 PFA에 대한 최근 EPA 판결, 그는 말했다.
“분자 시뮬레이션 도구와 통합함으로써, 우리는 막판 분리와 관련된 기본 과학의 경계를 밀어 내고 나노 여과 및 역 삼투압 멤브레인을 가로 질러 PFA 전송을 더 잘 이해할 수 있습니다.
ML은 막의 물질 발견을 가속화합니다
ML 모델링을 사용하면 발견 프로세스가 크게 증가했습니다. 예를 들어, Chen 's Lab의 한 박사 학위 학생이 2 년 동안 시행 착오를 사용하여 유망한 막의 하나를 찾아 냈습니다.
“우리의 분자 역학 시뮬레이션은 정전기 상호 작용, 크기 배제 및 탈수가 폴리 아미드 막을 가로 지르는 PFAS 분자의 수송을 통제하는 데 중요한 역할을한다는 것을 보여줍니다.ying li, 부교수룰렛 확률 부서기계룰렛 확률UW-Madison에서. “이러한 계산은 정전기 상호 작용이 PFA 거부를 지배하고 전하 된 기능 그룹이 전송 거동에 크게 영향을 미친다는 것을 나타냅니다.
농업에서 PFA 노출 해결
PFAS 오염을 해결 함으로써이 연구는 수처리 식물에서 공급하는 비료에 의존하는 농업 산업에도 도움이 될 수 있습니다. 폐수 바이오 솔리드는 비료로 가공되어 농부와 목장주에게 화학 비료에 대한 저렴한 대안을 제공합니다.
이 연구에 자금을 지원함으로써 USDA는 효과적인 막이 미국 이이 중요한 자원을 되 찾는 데 도움이되기를 희망합니다.
“PFA를 룰렛 게임 사이트기 위해 매우 똑똑한 막을 합성하면 시립 폐수 처리장에서 비료를 회수 할 수 있습니다.”라고 Chen은 말했습니다. "이러한 막을 통해 우리가 원하지 않는 것을 룰렛 게임 사이트고 필요한 것을 유지할 수 있으므로 관개 또는 기타 응용 분야를 위해 물을 유지할 수 있습니다."
비료에서 PFA를 룰렛 게임 사이트면 도시에서 80%가 거주하기 때문에 도시 대 농촌 지역의 식량 및 물 수요 불일치를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. PFAS 제거는 도시 지역 자원 복구 및 식품 생산을 직접 지원할 수 있습니다.
“우리의 목표는 재료가 낭비되지 않고 자연이 재생되는 순환 경제를 달성하는 것입니다.
다음은 무엇입니까
팀은 모델을 미세 조정하고 더 많은 데이터를 추가하여 교육 기능을 향상시킵니다. Chen은 자신의 실험실에서 막을 종합하여 모델의 PFAS 제거 예측을 추가로 테스트 할 것입니다.
오늘날 과학자들은 PFA의 긴 사슬을 룰렛 게임 사이트 방법을 찾았지만,이 화학 물질의 짧은 사슬은 지속된다고 Chen..
“메커니즘을 더 잘 이해할 수 있다면 모든 PFA를 룰렛 게임 사이트기 위해 좋은 재료 막을 설계 할 수 있습니다. 게임을 바꿀 수 있습니다.”
이 작품은 NSF (수상 번호 2112533, 2427299, 2345543, Yongsheng Chen; 2448130, Tiezheng Tong; 및 2345542, Ying Li)에 의해 부분적으로 지원됩니다..
Yongsheng Chen은 USDA (Award No.2018-68011-28371), NSF-USDA (Award No. 2020-67021-31526) 및 EPA (Award No. 840080010)의 재정 지원을 인정합니다.
Tiezheng Tong은 USDA National Food and Agriculture Institute (Hatch Project Col00799, Accession 1022591)의 지원을 인정합니다.
Ying Li는 NAWI (National Alliance for Water Innovation)의 재정 지원을 인정합니다. NAWI (National Alliance for Water Innovation), US DOE, 에너지 효율 및 재생 에너지 사무소 (EERE), 고급 제조 사무소, 자금 조달 기회 발표 번호 De-FOA-0001905, Wisconsin-Madison 대학의 하차 계약을 통해.
이 이야기의 버전은 원래Georgia Tech에 의해 게시.