Proiectarea unor adsorbanți mai eficienți pentru eliminarea PFAS din apă
Cercetătorii de la Universitatea Tohoku au realizat o analiză amplă care identifică trăsăturile moleculare esențiale ce pot ghida dezvoltarea unor materiale mai eficiente pentru îndepărtarea substanțelor per- și polifluoroalchilice (PFAS) din apă. Studiul, publicat în revista ACS Materials Au, analizează cercetările actuale privind adsorbția PFAS și propune principii clare de proiectare a materialelor capabile să capteze o gamă mai largă de astfel de compuși.
Ce sunt PFAS și de ce reprezintă o problemă
PFAS sunt utilizate într-o varietate de industrii, de la fabricarea semiconductorilor și stingerea incendiilor până la textile și ambalaje alimentare. Stabilitatea lor chimică și capacitatea de a respinge apa și uleiul le fac utile în numeroase aplicații, însă îngrijorările legate de efectele potențiale asupra sănătății ale unor PFAS au crescut necesitatea unor metode eficiente de eliminare a acestor substanțe din apă. O abordare promițătoare este adsorbția, proces în care moleculele de PFAS se atașează de suprafața unui material numit adsorbant. Prin adaptarea acestor materiale pentru a interacționa cu molecule specifice de PFAS, cercetătorii urmăresc să le îmbunătățească capacitatea de a captura acești compuși persistenți.
Analiza realizată de echipa de cercetare
Echipa condusă de Kouki Oka, profesor asociat la Institutul de Cercetare Multidisciplinară pentru Materiale Avansate din cadrul Universității Tohoku, a examinat stadiul actual al cercetării și dezvoltării în domeniul adsorbției PFAS. Analiza include compuși bine studiați, precum acidul perfluorooctansulfonic (PFOS) și acidul perfluorooctanoic (PFOA), alături de alte PFAS vizate de cadrele de reglementare și monitorizare din Uniunea Europeană și Canada. Cercetătorii au identificat principii-cheie pentru proiectarea adsorbanților de înaltă performanță, capabili să vizeze o gamă mai largă de PFAS.
Țintirea unor părți distincte ale moleculelor de PFAS
O constatare centrală a studiului este că proiectarea eficientă a adsorbanților necesită înțelegerea diferitelor părți ale unei molecule de PFAS. PFOS și PFOA, de exemplu, conțin fiecare un lanț carbonic fluorurat și un grup terminal care este de obicei încărcat electric în medii apoase. Aceste părți au proprietăți chimice diferite și pot interacționa în moduri diferite cu materialele adsorbante. Prin proiectarea unor materiale care interacționează puternic cu aceste caracteristici structurale distincte, cercetătorii ar putea îmbunătăți performanța adsorbției. În loc să trateze molecula de PFAS ca pe o singură țintă, această abordare ia în considerare componentele sale individuale pentru a ghida selecția și proiectarea adsorbanților potriviți.
Declarația cercetătorului
„Pe măsură ce gama de PFAS supuse reglementării continuă să se extindă, avem nevoie de adsorbanți care să poată viza eficient o varietate mai mare de astfel de compuși. Prin înțelegerea modului în care diferitele părți ale moleculelor de PFAS interacționează cu materialele adsorbante, putem stabili principii de proiectare mai clare pentru dezvoltarea unor tehnologii de eliminare mai eficiente”, a declarat Oka.
Extinderea reglementărilor crește cerințele pentru tratarea apei
Necesitatea unor astfel de materiale crește pe măsură ce guvernele extind monitorizarea și reglementarea PFAS. În Uniunea Europeană, standardele pentru apa potabilă stabilesc o limită de 100 nanograme pe litru (ng/L) pentru concentrația combinată a 20 de PFAS. UE a instituit, de asemenea, standarde de calitate a mediului pentru 25 de PFAS în apele de suprafață, cu o limită medie anuală de 4,4 ng/L exprimată în echivalenți de PFOA pentru a ține cont de diferențele de toxicitate. Canada a stabilit un obiectiv de 30 ng/L pentru concentrația combinată a 25 de PFAS.
Perspective pentru dezvoltarea tehnologiilor de eliminare
Pe măsură ce tot mai multe PFAS intră sub incidența reglementărilor, tehnologiile de eliminare vor trebui să abordeze o gamă mai largă de structuri moleculare. Principiile de proiectare conturate în această analiză oferă o bază pentru dezvoltarea unor adsorbanți adaptați diferitelor tipuri de PFAS, ceea ce ar putea îmbunătăți tratarea apei și ar putea ajuta industriile să gestioneze acești compuși persistenți. Următorul pas al echipei de cercetare este aplicarea acestor principii în dezvoltarea unor adsorbanți de performanță superioară, destinați unor PFAS specifice.
