Um material quase invisível que se parece com minúsculos grãos de areia pode ser a chave para remover uma ameaça invisível à saúde que contaminou o abastecimento de água em todo o país. Pesquisadores do Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) testaram com sucesso materiais altamente porosos e descobriram que eles podem absorver componentes-chave de uma classe de produtos químicos tóxicos encontrados em 43 estados.

Os cientistas de materiais do PNNL são especialistas na otimização de estruturas metálicas orgânicas ou MOFs. Esses materiais porosos de tamanho nano, com centros de metal, pode atrair, segurar, e depois liberar produtos químicos específicos. Pesquisadores do PNNL demonstraram recentemente um MOF que absorve rapidamente compostos fluorados que foram amplamente usados ​​em espuma de combate a incêndio e utensílios de cozinha antiaderentes.

Essas substâncias per- e polifluoroalquil (PFAS) resistem à graxa e à água, então eles têm sido usados ​​em algumas embalagens de alimentos, tecidos e tapetes resistentes a manchas, e cosméticos. A contaminação da água potável está normalmente associada a uma instalação específica, como uma fábrica ou base militar. PFAS não se decompõe no meio ambiente ou em corpos humanos.

De acordo com os Centros de Controle e Prevenção de Doenças, mais pesquisas são necessárias sobre os efeitos na saúde, mas certos estudos em humanos mostraram que alguma exposição pode afetar o crescimento, Aprendendo, e comportamento de bebês e crianças mais velhas, diminui a chance de uma mulher engravidar, interfere com os hormônios naturais do corpo, aumentar os níveis de colesterol, afetam o sistema imunológico, e aumentar o risco de câncer.

A Agência de Proteção Ambiental aconselha que a concentração na água potável seja limitada a 70 partes por trilhão para dois dos compostos mais comuns da classe:perfluorooctanossulfonato (PFOS) e ácido perfluorooctanóico (PFOA).

Rede contaminante para fora da água

Com mais de 20 anos de experiência trabalhando com MOFs, a equipe de pesquisa do PNNL baseou-se em pesquisas anteriores e formulou a hipótese de que um MOF com as características certas poderia adsorver o PFOS da água.

"Estamos entusiasmados em encontrar um MOF que mostrou excelentes capacidades de captura em altas concentrações de PFOS, "disse Radha Motkuri, quem lidera a equipe de desenvolvimento de materiais. "Começamos com dois candidatos MOF - um com um centro de ferro e outro com cromo. As estruturas internas agem como pequenos 'ganchos' de metal que permitem que o material retenha compostos de PFAS."

Ambos os MOFs funcionaram muito melhor do que a tecnologia existente, que consiste principalmente em filtros de carvão ativado granular. Mas em testes de laboratório relatados recentemente em Química Inorgânica , o MOF à base de cromo teve uma taxa de captura extremamente rápida, provavelmente por causa de seus poros uniformes, locais sorventes altamente ativos, e canais internos.

Pegue e solte

"Há uma afinidade química muito alta com o cromo atraindo o grupo de cabeça de enxofre e cauda de flúor no PFOS, conforme observado por nossas medições de espectroscopia de fotoelétrons de raios-X, "disse o autor correspondente, Dev Chatterjee." Essa é uma das razões pelas quais funciona tão bem em comparação com os filtros de carvão ativado existentes. "

Ambos os MOFs à base de cromo e ferro são estáveis ​​na água. Isso é importante porque eles podem ser enxaguados com água doce para remover o PFOS, além disso, os pesquisadores estimam que o material pode ser reutilizado até centenas de vezes.

Os MOFs podem ser vistos como uma malha metálica - mais ou menos como uma rede de pesca - recolhendo PFOS enquanto permite a passagem de outras moléculas com base em parâmetros específicos.

"É a capacidade de adaptar características como o tamanho dos poros, sites ativos, orientação e a interação MOF-química que tornam a experiência da equipe PNNL em MOFs tão valiosa ", disse Jennifer Lee, Gerente de comercialização PNNL. "Isso significa que outros MOFs podem ser modificados para muitos contaminantes e usos adicionais."

Resultados absorventes

Para observar o desempenho, O PFOS foi combinado independentemente em frascos de 5 milímetros com o MOF de ferro, o cromo MOF, ou o carvão ativado granular em um espectrômetro extremamente sensível que mostrava a concentração de PFOS ao longo do tempo. O MOF à base de cromo adsorveu quase completamente o contaminante em segundos. Houve pouca ou nenhuma redução ao usar o carvão ativado comercialmente disponível.

"Água pura e limpa é tão importante para toda a humanidade, "disse Motkuri." Nós imaginamos um sistema implantável em campo onde um dia a água correrá, contaminantes seriam capturados pelo MOF, e sairia água limpa. "

Chatterjee e o resto da equipe estão desenvolvendo um sensor eletroquímico baseado em MOF com patente pendente que detectaria os níveis de ultratraços de contaminação por PFAS e também ajudaria a orientar as operações de limpeza.

As análises de ressonância magnética nuclear e espectrômetro de fotoelétrons de raios-X foram realizadas no EMSL, o Laboratório de Ciências Moleculares Ambientais, uma facilidade de usuário do DOE Office of Science no PNNL.