Inovativna tehnika koja koristi nanomaterijale proizvedene laserom iz neplemenitih metala može predstavljati temelj za tehnike sanacije koje se mogu primijeniti na globalnoj razini. Znanstvenici sa Sveučilišta u Rochesteru razvili su nove elektrokemijske metode za čišćenje onečišćenja od kemikalija poznatih kao "vječne kemikalije", koje se nalaze u odjeći, ambalaži za hranu, peni za gašenje požara te širokom spektru drugih proizvoda. Novo istraživanje objavljeno u časopisu Journal of Catalysis opisuje razvoj nanokatalizatora namijenjenih sanaciji perfluoriranih i polifluoriranih alkilnih tvari, poznatijih pod kraticom PFAS.

Tim istraživača, pod vodstvom Astrid Müller, docentice kemijskog inženjerstva, usredotočio se na specifičnu vrstu PFAS-a nazvanu perfluoroktansulfonat (PFOS), koji se nekoć često koristio za proizvode otporne na mrlje, ali je sada u velikom dijelu svijeta zabranjen zbog štetnosti za zdravlje ljudi i životinja. Unatoč postupnom izbacivanju od strane američkih proizvođača početkom 2000-ih, PFOS je još uvijek široko rasprostranjen i postojan u okolišu, nastavljajući se pojavljivati u vodoopskrbnim sustavima.

Müller i njezin tim doktoranada iz materijalnih znanosti stvorili su nanokatalizatore koristeći njezinu jedinstvenu kombinaciju stručnosti u području ultra-brzih lasera, materijalnih znanosti, kemije i kemijskog inženjerstva.

"Koristeći pulsnim laserom u tekućoj sintezi, možemo kontrolirati površinsku kemiju ovih katalizatora na načine koji nisu mogući u tradicionalnim metodama mokre kemije", navodi Müller. "Veličinu rezultirajućih nanočestica možete kontrolirati interakcijom svjetlosti i materije, u osnovi ih rasprskavajući."

Znanstvenici zatim nanose nanočestice na ugljični papir koji je hidrofilan, odnosno privlači molekule vode. To osigurava jeftinu podlogu s visokom površinom. Koristeći litijev hidroksid u visokim koncentracijama, uspjeli su potpuno defluorirati kemikalije PFOS.

Müller ističe da bi za funkcioniranje procesa na velikoj skali bilo potrebno obraditi najmanje kubni metar vode odjednom. Ključna prednost njihove inovativne metode je uporaba neplemenitih metala, za razliku od postojećih metoda koje zahtijevaju boro-dopirani dijamant. Prema njihovim izračunima, tretman kubnog metra onečišćene vode korištenjem boro-dopiranog dijamanta stajao bi 8,5 milijuna dolara; nova metoda je gotovo 100 puta jeftinija.

Iskorištavanje kemikalija PFAS na održive načine
U budućim istraživanjima, Müller se nada razumjeti zašto litijev hidroksid tako dobro funkcionira i može li se zamijeniti još jeftinijim i obilnijim materijalima kako bi se troškovi dodatno smanjili. Također, želi primijeniti metodu na niz kemikalija PFAS koje su još uvijek široko korištene, ali su povezane s zdravstvenim problemima, od razvojnih problema kod beba do raka bubrega.

Müller navodi da, unatoč problemima, potpuna zabrana svih kemikalija i tvari PFAS nije praktična zbog njihove korisnosti ne samo u potrošačkim proizvodima, već i u zelenim tehnologijama.

"Smatram da se, na kraju, mnogi napori dekarbonizacije - od geotermalnih toplinskih pumpi do učinkovite refrigeracije i solarnih ćelija - oslanjaju na dostupnost PFAS-a", kaže Müller. "Vjerujem da je moguće koristiti PFAS na cikličan, održiv način ako možemo iskoristiti elektrokatalitička rješenja za prekidanje veza fluorougljika i sigurno izvlačenje fluorida bez unošenja u okoliš."

Iako je komercijalizacija još uvijek daleko, Müller je podnijela patent uz podršku URVentures i predviđa njegovu upotrebu u postrojenjima za obradu otpadnih voda i od strane tvrtki za čišćenje kontaminiranih lokacija gdje su nekad proizvodili te kemikalije PFAS. Također to smatra pitanjem socijalne pravde.

"Često, u područjima s nižim dohotkom diljem svijeta, ima više onečišćenja", kaže Müller. "Prednost elektrokatalitičkog pristupa je što se može koristiti na distribuirani način s malim otiskom koristeći električnu energiju iz solarnih panela."

Izvor: University of Rochester