Os PFAS, um grupo de produtos químicos fabricados comumente usados ​​desde a década de 1940, são chamados de "produtos químicos para sempre" por um motivo. As bactérias não podem comê-los; o fogo não pode incinerá-los; e a água não pode diluí-los. E, se esses produtos químicos tóxicos forem enterrados, eles se infiltram no solo circundante, tornando-se um problema persistente para as próximas gerações.
Agora, os químicos da Northwestern University fizeram o aparentemente impossível. Usando baixas temperaturas e reagentes baratos e comuns, a equipe de pesquisa desenvolveu um processo que faz com que duas classes principais de compostos PFAS se desfaçam, deixando para trás apenas produtos finais benignos.

A técnica simples potencialmente poderia ser uma solução poderosa para finalmente descartar esses produtos químicos nocivos, que estão ligados a muitos efeitos perigosos para a saúde de humanos, gado e meio ambiente.

"O PFAS se tornou um grande problema social", disse William Dichtel, da Northwestern, que liderou o estudo. "Mesmo uma pequena, pequena quantidade de PFAS causa efeitos negativos à saúde e não se decompõe. Não podemos simplesmente esperar esse problema. Queríamos usar a química para resolver esse problema e criar uma solução que o mundo possa usar . É empolgante porque nossa solução é simples, mas não reconhecida."

Dichtel é o Professor Robert L. Letsinger de Química no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern. Brittany Trang, que conduziu o projeto como parte de sua tese de doutorado recentemente concluída no laboratório de Dichtel, é a co-primeira autora do artigo.

'A mesma categoria que o lead'

Abreviação de substâncias per e polifluoroalquil, o PFAS está em uso há 70 anos como agentes antiaderentes e impermeabilizantes. Eles são comumente encontrados em panelas antiaderentes, cosméticos à prova d'água, espumas de combate a incêndio, tecidos repelentes de água e produtos resistentes a graxa e óleo.

Ao longo dos anos, no entanto, o PFAS saiu dos bens de consumo e entrou em nossa água potável e até no sangue de 97% da população dos EUA. Embora os efeitos na saúde ainda não sejam totalmente compreendidos, a exposição ao PFAS está fortemente associada à diminuição da fertilidade, efeitos no desenvolvimento em crianças, aumento dos riscos de vários tipos de câncer, redução da imunidade para combater infecções e aumento dos níveis de colesterol. Com esses efeitos adversos à saúde em mente, a Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) declarou recentemente vários PFAS como inseguros, mesmo em níveis de traços.

"Recentemente, a EPA revisou suas recomendações para o PFOA essencialmente para zero", disse Dichtel. "Isso coloca vários PFAS na mesma categoria de chumbo."

Laços inquebráveis

Embora os esforços da comunidade para filtrar o PFAS da água tenham sido bem-sucedidos, existem poucas soluções para descartar o PFAS depois de removido. As poucas opções que estão surgindo geralmente envolvem a destruição de PFAS em altas temperaturas e pressões ou outros métodos que exigem grandes entradas de energia.

"No estado de Nova York, descobriu-se que uma planta que alegava incinerar PFAS estava liberando alguns desses compostos no ar", disse Dichtel. "Os compostos foram emitidos das chaminés para a comunidade local. Outra estratégia fracassada foi enterrar os compostos em aterros sanitários. Quando você faz isso, você está basicamente garantindo que terá um problema daqui a 30 anos porque vai lentamente. Você não resolveu o problema. Você apenas chutou a lata pela estrada.

O segredo da indestrutibilidade do PFAS está em suas ligações químicas. O PFAS contém muitas ligações carbono-flúor, que são as ligações mais fortes da química orgânica. Como o elemento mais eletronegativo da tabela periódica, o flúor quer elétrons, e muito. O carbono, por outro lado, está mais disposto a ceder seus elétrons.

“Quando você tem esse tipo de diferença entre dois átomos – e eles são aproximadamente do mesmo tamanho, que carbono e flúor são – essa é a receita para uma ligação realmente forte”, explicou Dichtel.

Identificando o calcanhar de Aquiles do PFAS

Mas, enquanto estudava os compostos, a equipe de Dichtel encontrou uma fraqueza. O PFAS contém uma longa cauda de ligações inflexíveis de carbono-flúor. Mas em uma extremidade da molécula, há um grupo carregado que geralmente contém átomos de oxigênio carregados. A equipe de Dichtel alvejou esse grupo principal aquecendo o PFAS em dimetilsulfóxido - um solvente incomum para a destruição de PFAS - com hidróxido de sódio, um reagente comum. O processo decapitou o grupo da cabeça, deixando para trás uma cauda reativa.

"Isso desencadeou todas essas reações e começou a cuspir átomos de flúor desses compostos para formar flúor, que é a forma mais segura de flúor", disse Dichtel. "Embora as ligações carbono-flúor sejam super fortes, esse grupo de cabeça carregada é o calcanhar de Aquiles."

Em tentativas anteriores de destruir o PFAS, outros pesquisadores usaram altas temperaturas – até 400 graus Celsius. Dichtel está entusiasmado com o fato de a nova técnica depender de condições mais amenas e de um reagente simples e barato, tornando a solução potencialmente mais prática para uso generalizado.

Depois de descobrir as condições de degradação do PFAS, Dichtel e Trang também descobriram que os poluentes fluorados se desfazem por processos diferentes dos geralmente assumidos. Usando métodos computacionais poderosos, os colaboradores Ken Houk da UCLA e Yuli Li, uma estudante da Universidade de Tianjin que visitou virtualmente o grupo de Houk, simularam a degradação do PFAS. Seus cálculos sugerem que o PFAS se desfaz por processos mais complexos do que o esperado. Embora tenha sido anteriormente assumido que o PFAS deveria se desintegrar um carbono por vez, a simulação mostrou que o PFAS realmente desfaz dois ou três carbonos por vez - uma descoberta que combinava com os experimentos de Dichtel e Trang. Ao entender esses caminhos, os pesquisadores podem confirmar que apenas produtos benignos permanecem. Esse novo conhecimento também pode ajudar a orientar novas melhorias no método.

"Isso provou ser um conjunto muito complexo de cálculos que desafiaram os métodos mecânicos quânticos mais modernos e os computadores mais rápidos disponíveis para nós", disse Houk, um distinto professor de pesquisa em química orgânica. "A mecânica quântica é o método matemático que simula toda a química, mas somente na última década conseguimos enfrentar grandes problemas mecanicistas como este, avaliando todas as possibilidades e determinando qual pode acontecer na velocidade observada. Yuli dominou esses métodos computacionais e trabalhou com Brittany de longa distância para resolver este problema fundamental, mas praticamente significativo."

Dez a menos, faltam 11.990

Em seguida, a equipe de Dichtel testará a eficácia de sua nova estratégia em outros tipos de PFAS. No estudo atual, eles degradaram com sucesso 10 ácidos perfluoroalquil carboxílicos (PFCAs) e ácidos perfluoroalquil éter carboxílicos (PFECAs), incluindo o ácido perfluorooctanóico (PFOA) e um de seus substitutos comuns, conhecido como GenX - dois dos compostos PFAS mais proeminentes. A EPA dos EUA, no entanto, identificou mais de 12.000 compostos PFAS.

Embora isso possa parecer assustador, Dichtel continua esperançoso.

"Nosso trabalho abordou uma das maiores classes de PFAS, incluindo muitas com as quais estamos mais preocupados", disse ele. "Existem outras classes que não têm o mesmo calcanhar de Aquiles, mas cada uma terá sua própria fraqueza. Se conseguirmos identificá-la, saberemos como ativá-la para destruí-la."

Dichtel é membro do Instituto de Sustentabilidade e Energia do Programa de Plásticos, Ecossistemas e Saúde Pública da Northwestern; o Centro de Pesquisa da Água e o Instituto Internacional de Nanotecnologia

The study, "Low-temperature mineralization of perfluorocarboxylic acids," is published on August 19 in the journal Science . + Explorar mais

PFAS chemicals do not last forever