En un estudio publicado en la revista Angewandte Chemie Edición Internacional, Universidad Ritsumeikan Los investigadores han descrito un proceso fotocatalítico que convierte PFAS y otros fluoropolímeros (PF) en iones de flúor a temperatura ambiente utilizando luz visible.
Conocidas como las “sustancias químicas eternas”, las sustancias perfluoroalquilo (PFAS) son una preocupación creciente para la salud humana y el medio ambiente. Debido a su notable estabilidad y resistencia al calor y al agua, los perfluoropolímeros o PF y los PFAS se han utilizado ampliamente desde el desarrollo del teflón en 1938. Estas cualidades los hacen ideales para una amplia gama de usos, como espuma contra incendios y. utensilios de cocina.
Sin embargo, esta estabilidad se ha convertido en un problema importante. Las PFAS son difíciles de descomponer en el medio ambiente, lo que provoca su acumulación en el agua, el suelo e incluso en el cuerpo humano. Se les ha relacionado con la carcinogénesis y los trastornos hormonales. Hoy en día, estas sustancias químicas se pueden detectar en el agua potable, los alimentos e incluso el suelo antártico.
Aunque se están haciendo esfuerzos para eliminar gradualmente la fabricación de PFAS, procesarlos sigue siendo difícil porque sólo se degradan a temperaturas superiores a 400 °C. Como resultado, algunos productos que contienen PFAS y PF terminan en vertederos, lo que puede representar un riesgo de contaminación futura.
Investigadores de la Universidad de Ritsumeikan han desarrollado un enfoque de defluoración a temperatura ambiente, que podría revolucionar el tratamiento de las PFAS.
Los investigadores utilizaron este método para desfluorar completamente el perfluorooctanosulfonato (PFOS) después de sólo ocho horas de exposición a la luz.
La metodología propuesta es prometedora para la descomposición eficiente de diversas sustancias perfluoroalquiladas en condiciones suaves, contribuyendo así significativamente al establecimiento de una sociedad de reciclaje de flúor sostenible.
Yoichi Kobayashi, autor principal del estudio y profesor de la Universidad Ritsumeikan
En el método propuesto, se irradia luz LED visible sobre nanocristales de sulfuro de cadmio (CdS) y nanocristales de CdS (Cu-CdS) dopados con cobre con ligandos superficiales de ácido mercaptopropiónico (MPA) en una solución que comprende PFAS, FP y trietanolamina.
Los investigadores descubrieron que la irradiación de estos nanocristales semiconductores produce electrones con un alto potencial de reducción, que rompen los fuertes enlaces carbono-flúor en las moléculas de PFAS.
Para iniciar el proceso fotocatalítico, los investigadores agregaron 0,8 mg de nanocristales de CdS (NC), 0,65 mg de PFOS y 20 mg de TEOA a 1,0 ml de agua. Luego expusieron la solución a una luz LED de 405 nm.
Esta luz estimula las nanopartículas, produciendo pares de huecos de electrones y provocando la eliminación de ligandos MPA de las superficies de los nanocristales. Esto permite que las moléculas de PFOS se adsorban en las superficies NC.
Se agrega TEOA para capturar los agujeros y extender la vida útil de los electrones reactivos disponibles para la descomposición de PFAS, evitando así que los electrones fotoexcitados se recombinen con los agujeros. A través de un proceso conocido como recombinación Auger, un excitón (un par electrón-hueco) se recombina con otro electrón de forma no radiativa, transfiriendo su energía para producir electrones altamente excitados.
Con la energía adecuada, estos electrones altamente excitados pueden interactuar químicamente con las moléculas de PFOS adsorbidas en la superficie del NC. Los iones de flúor se extraen de las moléculas de PFAS como resultado de procesos que rompen los enlaces carbono-flúor (CF) en el PFOS.
Las mediciones de fotólisis con flash láser permitieron verificar la existencia de electrones hidratados producidos por la recombinación Auger mediante la identificación de especies transitorias utilizando el espectro de absorción después de la estimulación del pulso láser. La cantidad de NC y TEOA utilizadas en el proceso determinó la eficiencia de la defluoración, que aumentó con la duración de la exposición a la luz.
La eficiencia de desfluoración del PFOS fue del 55 %, del 70 al 80 % y del 100 % para la irradiación de luz que duró una, dos y ocho horas, respectivamente.
Utilizando esta estrategia, los investigadores pudieron desfluorar Nafion, un fluoropolímero, en un 81% después de 24 horas de irradiación de luz. Nafion se utiliza comúnmente como membrana de intercambio iónico en electrólisis y baterías.
El flúor es un componente esencial en muchos sectores, incluidos los medicamentos y las tecnologías energéticas sostenibles. La recuperación del flúor de los desechos de PFAS puede crear un proceso de reciclaje más sostenible y reducir la dependencia de la producción de fluoruro.
Kobayashi concluyó: “Esta técnica contribuirá al desarrollo de tecnologías de reciclaje de elementos fluorados, que se utilizan en diversas industrias y sustentan nuestra próspera sociedad.«
Referencia de la revista:
Arima, Y., et al.. (2024) Defluoración fotocatalítica multifotónica de sustancias y polímeros perfluoroalquilos persistentes mediante luz visible. Angewandte Chemie Edición Internacional. doi:10.1002/anie.202408687
También te puede interesar
-
El rover Perseverance de la NASA en Marte comienza un empinado ascenso hacia el borde del cráter
-
La Tierra se desaceleró significativamente durante la peor extinción masiva jamás registrada, según un estudio dirigido por China
-
Estrellas masivas brillan en esta imagen ultravioleta tomada por el Hubble
-
Astronauta de la NASA comparte foto de la Luna sobre el Pacífico: 'Es impresionante'
-
SpaceX prueba tecnología revolucionaria durante caminata espacial