Deșeurile PET, transformate în carbon magnetic pentru eliminarea PFAS din apă

O sticlă din plastic aruncată după utilizare și apa contaminată de activitățile industriale par să facă parte din două probleme de mediu diferite. Prima este legată de acumularea deșeurilor, iar a doua de prezența unor substanțe chimice greu de eliminat din mediul acvatic. Un studiu publicat în octombrie 2026 arată însă cum aceste două probleme ar putea fi abordate împreună.

O echipă de cercetători a dezvoltat un material pe bază de carbon, obținut folosind deșeuri din sticle de polietilen tereftalat (PET) și drenaj acid minier, care poate reține două substanțe din familia PFAS. În plus, materialul are proprietăți magnetice, ceea ce facilitează separarea sa din apă după utilizare.

Studiul, publicat în revista științifică BMC Chemistry, nu prezintă încă o soluție comercială gata de utilizare, ci o abordare testată în laborator, cu potențial atât pentru tratarea apei, cât și pentru detectarea unor contaminanți la concentrații foarte mici.

PFAS – poluanți care persistă în mediu zeci de ani

Sub denumirea de PFAS se ascunde o familie foarte numeroasă de substanțe per- și polifluoro-alchilate, utilizate în numeroase produse industriale și de consum. Acestea au fost apreciate pentru proprietățile lor speciale: pot respinge apa și grăsimile, rezistă la temperaturi ridicate și sunt stabile din punct de vedere chimic.

Tocmai stabilitatea lor reprezintă însă o problemă majoră pentru mediu. Legăturile dintre atomii de carbon și fluor sunt foarte puternice, astfel încât multe dintre aceste substanțe se degradează extrem de greu în condiții naturale. Din acest motiv, ele sunt cunoscute popular drept „substanțe chimice eterne”.

PFAS au fost detectate în ape de suprafață, ape subterane și ape uzate, iar unele dintre aceste substanțe pot ajunge în lanțul trofic. Efectele asupra sănătății diferă în funcție de compus și de nivelul expunerii, însă anumite PFAS au fost asociate cu efecte adverse importante, inclusiv modificări ale răspunsului imunitar și creșterea riscului unor probleme de sănătate.

Cercetătorii caută, prin urmare, metode prin care acești contaminanți să poată fi îndepărtați eficient din apă, inclusiv atunci când se găsesc în concentrații foarte mici.

În noul studiu, oamenii de știință s-au concentrat asupra a două substanțe: acidul perfluorooctanoic (PFOA) și acidul perfluoroundecanoic (PFUnDA). Ambele aparțin familiei PFAS, dar au structuri moleculare diferite, ceea ce poate influența comportamentul lor în procesul de adsorbție.

Cum au fost transformate sticlele PET într-un material special?

Polietilen tereftalatul, cunoscut sub abrevierea PET, este unul dintre materialele plastice utilizate frecvent pentru fabricarea sticlelor de băuturi. Deși poate fi reciclat, o parte din deșeurile PET nu ajunge în fluxurile de reciclare și se acumulează în mediu sau în depozitele de deșeuri.

În loc să trateze plasticul uzat doar ca pe un material care trebuie eliminat, cercetătorii l-au utilizat drept materie primă pentru obținerea unui adsorbant carbonic. Procesul a valorificat și drenajul acid minier, un flux de apă poluată care poate apărea atunci când mineralele sulfuroase din rocile expuse activităților miniere reacționează cu apa și oxigenul.

Materialul rezultat a fost denumit AMD-mag@PET-MPC. Numele reflectă utilizarea drenajului acid minier, a proprietăților magnetice și a carbonului mezoporos derivat din PET.

Dar ce înseamnă, mai exact, carbon mezoporos? Este un material care conține o rețea de pori cu dimensiuni cuprinse, conform clasificării uzuale, între 2 și 50 de nanometri. Această structură poroasă poate oferi o suprafață mare pe care moleculele contaminanților să se fixeze.

În plus, introducerea proprietăților magnetice face posibilă manipularea și separarea materialului cu ajutorul unui câmp magnetic. Astfel, cercetătorii au urmărit să combine două caracteristici utile: capacitatea de a reține poluanții și posibilitatea de a recupera ușor adsorbantul din proba de apă.

Este important de precizat că utilizarea drenajului acid minier ca materie primă nu înseamnă automat că apa respectivă devine sigură pentru mediu. Tratarea și valorificarea unui asemenea flux necesită controlul compoziției chimice și al eventualilor contaminanți care ar putea rămâne în materialul final.

Cum captează carbonul magnetic substanțele chimice eterne?

Procesul central al tehnologiei este adsorbția, un fenomen prin care moleculele unei substanțe se fixează pe suprafața unui material. Adsorbția nu trebuie confundată cu absorbția: în primul caz, moleculele se acumulează în principal la suprafață și în structura porilor, în timp ce absorbția presupune pătrunderea unei substanțe în volumul unui alt material.

În cazul carbonului magnetic, porii și proprietățile chimice ale suprafeței creează condiții favorabile pentru captarea moleculelor de PFOA și PFUnDA.

Analiza cercetătorilor indică implicarea a trei tipuri de interacțiuni:

• legături de hidrogen, care contribuie la atracția dintre anumite grupări chimice ale moleculelor și suprafața adsorbantului;

• interacțiuni π–π, care pot apărea între sisteme electronice specifice ale materialului carbonic și ale moleculelor care conțin structuri compatibile;

• interacțiuni electrostatice, determinate de sarcinile electrice ale speciilor chimice și de caracteristicile suprafeței materialului.

Combinația acestor mecanisme poate favoriza reținerea contaminanților din apă. Eficiența concretă depinde însă de condițiile de lucru, inclusiv de pH, de concentrația poluanților și de prezența altor substanțe care ar putea concura pentru aceleași suprafețe.

Cercetătorii au determinat și capacitatea maximă de adsorbție estimată pentru cele două substanțe, în condițiile experimentale optimizate. Rezultatele au fost de 356 mg de PFOA pentru fiecare gram de adsorbant și 225 mg de PFUnDA pentru fiecare gram de adsorbant.

Aceste valori sunt promițătoare pentru dezvoltarea unor materiale de tratare a apei. Totuși, capacitatea maximă măsurată în condiții controlate nu trebuie confundată cu eficiența obținută într-o instalație reală, unde concentrațiile pot fi mai mici, iar apa conține numeroși alți compuși.

Magnetismul, un avantaj pentru recuperarea materialului

Un adsorbant eficient nu trebuie doar să capteze poluanții. După ce și-a îndeplinit funcția, el trebuie separat de apa tratată, astfel încât particulele să nu rămână în mediul acvatic și să poată fi gestionate corespunzător.

Aici intervine proprietatea magnetică a noului material. Într-o procedură convențională, separarea unui adsorbant solid foarte fin poate necesita filtrare, centrifugare sau alte operațiuni. Un material magnetic poate fi recuperat cu ajutorul unui câmp magnetic, simplificând etapa de separare în anumite configurații experimentale.

Această proprietate a fost valorificată și într-o a doua direcție a studiului: extracția în fază solidă magnetică, cunoscută prin abrevierea MSPE. Prin această tehnică, materialul intră în contact cu proba de apă și reține compușii care trebuie analizați. Apoi, adsorbantul este separat magnetic, iar substanțele captate sunt pregătite pentru determinarea instrumentală.

Echipa a asociat această etapă cu o tehnică analitică performantă, cromatografia lichidă de ultraînaltă performanță cuplată cu spectrometria de masă în tandem (UHPLC-MS/MS). Pe scurt, cromatografia separă compușii din probă, iar spectrometria de masă ajută la identificarea și cuantificarea lor.

Astfel, materialul nu este interesant doar ca posibil mijloc de îndepărtare a contaminanților, ci și ca instrument pentru detectarea acestora în probe de mediu. Cele două utilizări sunt legate, dar nu sunt identice: captarea unui poluant din apă și măsurarea concentrației sale sunt obiective experimentale distincte.

Ce au arătat testele efectuate pe probe reale de apă?

Rezultatele au fost evaluate nu doar prin experimente de adsorbție, ci și prin utilizarea materialului pentru analiza unor probe reale de apă de suprafață și de apă uzată.

Pentru PFOA, metoda analitică a prezentat un interval liniar de lucru cuprins între 1,7 și 5.000 ng/L, în timp ce pentru PFUnDA intervalul a fost între 0,6 și 5.000 ng/L. Coeficienții de corelație au depășit 0,99, ceea ce indică o relație liniară foarte bună între semnalul analitic și concentrație în intervalele studiate.

Limitele de detecție au fost cuprinse între 0,19 și 0,5 ng/L, iar limitele de cuantificare între 0,6 și 1,7 ng/L. Aceste rezultate arată că metoda poate detecta și cuantifica niveluri foarte mici ale celor două substanțe, în condițiile validate de cercetători.

Și testele de recuperare au oferit rezultate încurajatoare. Recuperările relative au fost cuprinse între 80% și 99% în probele de apă uzată și între 87% și 105% în probele de apă de suprafață. Valorile ușor peste 100% pot apărea în metodele analitice din cauza incertitudinilor și efectelor matricei probei.

În plus, deviațiile standard relative pentru măsurătorile repetate în aceeași zi și în zile diferite au fost sub 5%, indicând o precizie bună a metodei în condițiile testate.

Aceste rezultate trebuie interpretate corect. Ele susțin utilitatea materialului în procedurile de extracție și analiză, dar nu demonstrează, de unele singure, că o instalație de tratare bazată pe acest carbon ar elimina în mod constant aproape toți contaminanții din orice sursă de apă. Pentru a trage o asemenea concluzie ar fi necesare experimente suplimentare, desfășurate la scară mai mare și în condiții operaționale variate.

De la reciclarea plasticului la economia circulară

Studiul se înscrie într-o direcție tot mai importantă a științei materialelor: transformarea deșeurilor în resurse cu valoare tehnologică ridicată. În loc ca plasticul uzat să fie utilizat doar pentru produse reciclate cu valoare redusă sau să ajungă în depozite, acesta poate deveni materia primă pentru materiale funcționale.

În cazul de față, abordarea este cu atât mai interesantă cu cât pune în legătură trei probleme de mediu: deșeurile din plastic, reziduurile asociate activităților miniere și contaminarea apei cu PFAS.

Dacă tehnologia va putea fi extinsă la scară industrială, ea ar putea contribui la reducerea consumului de materii prime virgine și la dezvoltarea unor materiale adsorbante alternative. Totuși, avantajul ecologic real trebuie demonstrat prin evaluarea întregului proces, de la colectarea și transformarea deșeurilor până la recuperarea materialului și gestionarea lui după utilizare.

Vor trebui analizate consumul de energie, reactivii utilizați, costurile de producție, stabilitatea adsorbantului și posibilitatea de regenerare. La fel de importantă este gestionarea materialului încărcat cu PFAS: captarea acestor substanțe nu le distruge automat, ci le transferă din apă pe adsorbant. Pentru a preveni reintroducerea lor în mediu, materialul uzat trebuie tratat sau eliminat în condiții adecvate.

De asemenea, studiul a vizat două tipuri de PFAS. Familia acestor substanțe include însă mii de compuși cu proprietăți diferite, astfel încât eficiența observată pentru PFOA și PFUnDA nu poate fi generalizată automat la toate substanțele din această categorie.