Gli scienziati dell’Università di Rochester hanno sviluppato nuovi approcci elettrochimici per ripulire l’inquinamento da “sostanze chimiche eterne” presenti negli indumenti, negli imballaggi alimentari, nelle schiume antincendio e in una vasta gamma di altri prodotti. Un nuovo Journal of Catalysis lo studio descrive nanocatalizzatori sviluppati per rimediare alle sostanze per- e polifluoroalchiliche note come PFAS.

I ricercatori, guidati dall'assistente professore di ingegneria chimica Astrid Müller, si sono concentrati su un tipo specifico di PFAS chiamato perfluorottano sulfonato (PFOS), che un tempo era ampiamente utilizzato per prodotti antimacchia ma ora è vietato in gran parte del mondo a causa dei suoi danni alla salute. salute umana e animale. I PFOS sono ancora diffusi e persistenti nell'ambiente, nonostante siano stati gradualmente eliminati dai produttori statunitensi all'inizio degli anni 2000, e continuano a comparire nelle riserve idriche.

Müller e il suo team di dottorandi in scienze dei materiali. gli studenti hanno creato i nanocatalizzatori utilizzando la sua combinazione unica di competenze in laser ultraveloci, scienza dei materiali, chimica e ingegneria chimica.

"Utilizzando il laser pulsato nella sintesi liquida, possiamo controllare la chimica superficiale di questi catalizzatori in modi che non è possibile ottenere con i tradizionali metodi di chimica umida", afferma Müller. "Puoi controllare la dimensione delle nanoparticelle risultanti attraverso l'interazione luce-materia, praticamente facendole esplodere."

Gli scienziati quindi fanno aderire le nanoparticelle alla carta carbone che è idrofila. Ciò fornisce un substrato economico con un'elevata area superficiale. Utilizzando idrossido di litio ad alte concentrazioni, hanno defluorurato completamente le sostanze chimiche PFOS.

Müller afferma che affinché il processo funzioni su larga scala, sarà necessario trattare almeno un metro cubo alla volta. Fondamentalmente, il loro nuovo approccio utilizza tutti i metalli non preziosi, a differenza dei metodi esistenti che richiedono diamanti drogati con boro. Secondo i loro calcoli, trattare un metro cubo di acqua inquinata utilizzando diamante drogato con boro costerebbe 8,5 milioni di dollari; il nuovo metodo è quasi 100 volte più economico.

Sfruttare le sostanze chimiche PFAS in modo sostenibile

Negli studi futuri, Müller spera di capire perché l’idrossido di litio funziona così bene e se è possibile sostituire anche materiali meno costosi e più abbondanti per ridurre ulteriormente i costi. Vuole anche applicare il metodo a una serie di sostanze chimiche PFAS che sono ancora prevalentemente utilizzate ma che sono state collegate a problemi di salute che vanno dallo sviluppo dei bambini al cancro ai reni.

Müller afferma che, nonostante i problemi, vietare completamente tutte le sostanze chimiche e le sostanze PFAS non è pratico a causa della loro utilità non solo nei prodotti di consumo ma anche nelle tecnologie verdi.

“Direi che, alla fine, molti sforzi di decarbonizzazione – dalle pompe di calore geotermiche alla refrigerazione efficiente fino alle celle solari – dipendono dalla disponibilità di PFAS”, afferma Müller. "Credo che sia possibile utilizzare i PFAS in modo circolare e sostenibile se riusciamo a sfruttare le soluzioni elettrocatalitiche per rompere i legami dei fluorocarburi e recuperare il fluoro in modo sicuro senza disperderlo nell'ambiente."

Sebbene la commercializzazione sia molto lontana, Müller ha depositato un brevetto con il supporto di URVentures e prevede che venga utilizzato negli impianti di trattamento delle acque reflue e da parte delle aziende per ripulire i siti contaminati dove producevano questi prodotti chimici PFAS. La definisce anche una questione di giustizia sociale.

"Spesso nelle aree a basso reddito di tutto il mondo c'è più inquinamento", afferma Müller. "Un vantaggio dell'approccio elettrocatalitico è che puoi utilizzarlo in modo distribuito con un ingombro ridotto utilizzando l'elettricità proveniente dai pannelli solari."

Ulteriori informazioni: Ziyi Meng et al, Defluorurazione elettrocatalitica completa del perfluorottano solfonato in soluzione acquosa con materiali non preziosi, Journal of Catalysis (2024). DOI:10.1016/j.jcat.2024.115403

Fornito dall'Università di Rochester