Impulsuri electrice transformă deșeurile PFAS în fluorură de argint utilă
Deșeurile fluorurate, precum cele din spuma de stingere a incendiilor, pot acționa ca poluanți semnificativi ai mediului. Recent, laboratorul lui James Tour de la Universitatea Rice a dezvoltat o metodă de captare a fluorului din aceste fluxuri de deșeuri și reciclare a acestuia într-un reactiv util, fluorura de argint, care ar putea fi folosită în alte procese de fabricație. Procesul este publicat în Nature Chemical Engineering.
„Elementele îngrijorătoare din astfel de fluxuri de deșeuri sunt substanțele perfluoroalchilice și polifluoroalchilice, sau PFAS”, a declarat Tour, profesor de chimie T.T. și W.F. Chao și autor corespondent. „Am reușit anterior să convertim fluorul din aceste molecule în fluoruri anorganice stabile, ceea ce reprezintă deșeuri ecologice — dar tot deșeuri. Aici, am găsit o modalitate de a muta fluorura dintr-un flux de deșeuri într-un flux de reciclare incredibil de eficient.”
Transformarea deșeurilor în materie primă
Într-un studiu anterior, echipa lui Tour a folosit carbon activat pentru a adsorbi PFAS din apă. Apoi au convertit carbonul în grafen, capturând fluorura sub formă de fluorură de calciu, forma mineralizată naturală și netoxică a fluorului în mediu. Cu toate acestea, fluorura capturată nu era disponibilă pentru nicio altă utilizare la acel moment.
„Am văzut aceasta ca o oportunitate de a transforma această problemă de distrugere a deșeurilor într-o problemă de utilizare a resurselor”, a declarat Yi Chen, fost cercetător Rice Academy și co-prim autor, acum profesor asistent la Universitatea Fudan. „Fluorul este un element valoros în produse farmaceutice, agrochimice și materiale avansate. Procesul nostru de fluorurare flash-encapsulată recuperează fluorul din deșeurile PFAS într-o formă care poate fi reintrodusă direct în chimia utilă.”
O barieră rezolvă problema chimică
Fluorurarea flash-encapsulată implică tratarea PFAS adsorbit pe carbon activat, în prezența azotatului de argint, cu impulsuri electrice scurte pentru a le încălzi rapid la câteva sute de grade Celsius. Odată ce materialul este suficient de fierbinte, atomii de fluor sunt eliberați din PFAS și pot fi capturați rapid de atomii de argint din apropiere, rezultând fluorură de argint, un compus care poate fi folosit cu ușurință pentru fluorurarea substraturilor organice.
„Cea mai mare provocare a fost că carbonul fierbinte necesar pentru eliberarea fluorului creează, de asemenea, un mediu reducător care poate converti fluorura de argint nou formată înapoi în argint metalic”, a declarat Bowen Li, co-prim autor și fost postdoctorand în laboratorul Tour, acum profesor la Universitatea Soochow. „Am rezolvat acest lucru separând fizic carbonul și argintul cu o barieră poroasă din fibră de cuarț. Speciile gazoase care conțin fluor pot trece prin barieră, în timp ce carbonul solid și argintul rămân separate.”
Argintul poate fi reutilizat
Când echipa a testat procesul în laborator, fluorura de argint produsă s-a dovedit echivalentă cu versiunea disponibilă comercial, folosită pentru a crea o varietate de compuși utili, de la produse farmaceutice la agrochimice. Și, satisfăcător, argintul însuși a putut fi de asemenea reutilizat. Odată ce argintul și-a livrat fluorura către compusul organic vizat, acesta a putut fi colectat și folosit din nou în fluorurarea flash-encapsulată.
Acest proces elimină peste 99,9% din fluorura disponibilă în PFAS, cu 90% din aceasta colectată sub formă de fluorură de argint.
„Aceasta transformă tratamentul deșeurilor PFAS dintr-un proces concentrat pe neutralizarea și eliminarea deșeurilor într-o chimie circulară a materialelor”, a declarat Tour. „Putem neutraliza PFAS dăunătoare mediului, putem pune fluorurile într-un format utilizabil și apoi le returnăm chimiștilor organici pentru a le folosi în producția de altundeva.”
