În ultimele decenii, contaminarea apei cu substanțe per- și polifluoroalchilice (PFAS) – cunoscute popular drept chimicale eterne – a devenit o problemă majoră de sănătate publică și de mediu. Aceste molecule sintetice, utilizate pe scară largă din anii 1940 în produse rezistente la apă, grăsimi și temperaturi ridicate, sunt notorii pentru stabilitatea lor chimică extremă. Legătura carbon-fluor din structura lor este atât de puternică încât PFAS pot persista în mediu timp de mii de ani, acumulându-se în apă, sol și organisme vii.
Un nou studiu descrie o inovație promițătoare în domeniul purificării apei: un material filtrant capabil să elimine aceste substanțe de până la 100 de ori mai rapid decât filtrele comerciale pe bază de carbon activ. Studiul, realizat de o echipă internațională coordonată de cercetători de la Rice University, propune nu doar o metodă de captare eficientă a PFAS, ci și o strategie de distrugere a lor – o etapă esențială pentru soluții durabile.
Contextul problemei PFAS
PFAS reprezintă o familie vastă, cu mii de compuși, dintre care mulți au efecte toxice insuficient înțelese. Persistența lor extremă a condus la contaminări pe scară globală, inclusiv în surse de apă potabilă. Metodele convenționale de tratare – precum carbonul activ granular, osmoza inversă sau schimbul ionic – pot elimina parțial chimicalele eterne din apă, dar adesea doar transferă poluanții într-un alt mediu (de exemplu, în materialul filtrant uzat), generând deșeuri secundare problematice.
Această limitare a stimulat cercetarea unor materiale capabile nu doar să adsorbă PFAS, ci și să le neutralizeze chimic. Noul studiu se înscrie exact în această direcție.
Materialul inovator: LDH cu cupru și aluminiu
Cercetătorii au dezvoltat un compus de tip layered double hydroxide (LDH) alcătuit din straturi de cupru și aluminiu combinate cu nitrați. Structura sa prezintă un dezechilibru de sarcină care favorizează atragerea moleculelor PFAS, în special a acidului perfluorooctanoic (PFOA), unul dintre cei mai studiați contaminanți din această clasă.
Performanțele raportate sunt remarcabile:
- captare de peste 1.000 de ori mai eficientă decât alte materiale adsorbante;
- eliminarea rapidă a PFAS în câteva minute;
- viteză de purificare de aproximativ 100× mai mare decât filtrele comerciale cu carbon.
Aceste rezultate sugerează că arhitectura internă a materialului – straturi metalice cu sarcină pozitivă – creează un mediu electrostatic ideal pentru legarea rapidă și puternică a moleculelor PFAS, care sunt în general încărcate negativ.
Dincolo de filtrare: distrugerea chimicalelor
Un element esențial al descoperirii este faptul că materialul nu doar captează PFAS, ci permite și degradarea lor controlată. După saturarea filtrului, cercetătorii au încălzit materialul și au adăugat carbonat de calciu. Procedura a dus la ruperea legăturii carbon-fluor – considerată una dintre cele mai rezistente din chimia organică – și la transformarea fluorului în fluorură de calciu stabilă.
Această etapă este crucială din perspectivă ecologică, deoarece:
- evită acumularea de filtre contaminate;
- reduce riscul formării unor subproduși toxici;
- permite regenerarea materialului pentru reutilizare în cicluri repetate.
În experimente, materialul a putut fi refolosit de mai multe ori, sugerând potențial pentru sisteme de purificare cu costuri operaționale reduse.
Provocări și perspective de viitor
În pofida rezultatelor promițătoare, autorii studiului menționează implicit și câteva incertitudini tipice stadiului de laborator:
- necesitatea testării pe game mai largi de PFAS (există peste 12.000 de variante cunoscute);
- evaluarea performanței în condiții reale de apă contaminată complex;
- validarea economică și de siguranță la scară industrială.
Experții subliniază că multe tehnologii PFAS funcționează excelent în laborator, dar întâmpină dificultăți la implementarea în lumea reală, unde apa conține amestecuri complexe de contaminanți și materie organică.
Dacă rezultatele vor fi confirmate la scară pilot și industrială, materialul LDH cu cupru-aluminiu ar putea deveni o componentă importantă a viitoarelor sisteme de tratare a apei. Direcțiile probabile de dezvoltare includ optimizarea regenerării pentru cicluri multiple, extinderea eficienței la PFAS cu lanț scurt, integrarea în filtre municipale și industriale și evaluarea impactului energetic și al costurilor pe termen lung.
În contextul presiunii globale pentru reducerea poluanților persistenti, astfel de tehnologii hibride – care combină captarea rapidă cu distrugerea chimică – ar putea reprezenta noul standard în remedierea contaminării cu PFAS.
Sursa: Science Alert