Uma nova ferramenta computacional desenvolvida na Michigan Technological University auxilia na busca urgente de eliminar os produtos químicos persistentes conhecidos como PFAS do abastecimento de água da comunidade.
Por causa de suas propriedades únicas, as substâncias per e polifluoroalquil (PFAS) são usadas em todos os lugares da vida diária - de roupas repelentes de água e panelas antiaderentes a caixas de pizza, cera de esqui, embalagens de fast food e espuma de combate a incêndios.

"Os PFAS contêm uma ligação muito forte de carbono-flúor, que não é facilmente degradada por atividades biológicas", disse Daisuke Minakata, professor associado de engenharia civil, ambiental e geoespacial. "Os PFAS podem permanecer no ambiente quase para sempre; assim, eles são chamados de 'os produtos químicos para sempre'". Eles acabam contaminando nossas águas subterrâneas e superficiais, nossos cursos d'água e, eventualmente, nossa água potável e sistemas ecológicos também - incluindo peixes de água doce."

As indústrias químicas fabricam PFAS com propriedades diferenciadas para produtos comerciais específicos; existem aproximadamente 4.000-5.000 tipos conhecidos. Embora os impactos toxicológicos ainda sejam amplamente desconhecidos, os PFAS são potencialmente cancerígenos, disse Minakata. Pequenas concentrações de PFAS foram encontradas na corrente sanguínea humana. Como resultado, o estado de Michigan e a Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) começaram recentemente a regular os níveis de vários tipos de PFAS sob o Safe Water Drinking Act.

Responder ao PFAS detectado na água é um desafio para as comunidades em Michigan e em outros lugares. "Algumas autoridades de água já localizaram a fonte de contaminação de PFAS em sua água potável", disse Minakata. "É um começo. No entanto, devido às restrições orçamentárias enfrentadas por muitos governos locais, eles simplesmente não podem empregar tecnologias avançadas de tratamento de água para remover o PFAS".

O custo não é a única barreira. “As autoridades locais de água estão lutando para implementar as tecnologias disponíveis para remover o PFAS das fontes de água”, disse Minakata. "As tecnologias atuais - como adsorção de carvão ativado granular e troca iônica - oferecem apenas uma transferência de fase de PFAS da água para o meio de carbono, que requer regeneração e substituição". Outra preocupação:"A adsorção à base de carbono funciona para PFAS de cadeia mais longa, mas agora eles estão sendo eliminados do mercado", disse ele. "Eles estão sendo substituídos por PFAS de cadeia menor. Os PFAS de cadeia menor têm menos preocupações toxicológicas, mas não são bem removidos por adsorção."

E, há outro problema. "A maioria das tecnologias de remediação atualmente disponíveis não destroem o PFAS", disse Minakata. “Em vez disso, essas tecnologias transferem o PFAS de uma fase para outra. problemas fundamentais”.

Minakata acredita que o PFAS acabará em águas residuais e lixiviados de aterros sanitários como resultado das atuais tecnologias de remediação de PFAS, embora em concentrações muito baixas. "O PFAS será então transportado de volta ao meio ambiente por meio de evaporação, deposição atmosférica e biossólidos. O biossólido reciclado pode então ser usado na agricultura, de modo que o PFAS pode eventualmente contaminar culturas alimentares", disse ele.

Uma nova ferramenta computacional para redução avançada

Mesmo assim, Minakata vê uma luz no fim do túnel PFAS. Seu grupo de pesquisa publicou recentemente um artigo descrevendo uma nova ferramenta computacional PFAS, "Reatividades de elétrons hidratados com compostos orgânicos em processos avançados de redução de fase aquosa" na revista Royal Society of Chemistry Environmental Science:Water Research &Technology.

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Minakata e a estudante de pós-graduação da Michigan Tech Rose Daily, pesquisadora de pós-graduação da National Science Foundation em engenharia ambiental, usaram ciência de dados e química computacional para estudar centenas de produtos químicos orgânicos estruturalmente diversos para prever as reatividades de PFAS.

"Nossos métodos podem ser expandidos e usados ​​para rastrear milhares de PFAS", diz Minakata. "A chave é entender as reatividades de elétrons solvatados com produtos químicos orgânicos e PFAS. Com esse conhecimento, você pode rastrear um grande número de contaminantes de PFAS e priorizá-los para a aplicação de processos avançados de redução para degradar - e esperamos destruir totalmente - PFAS."

As descobertas da pesquisa de Minakata também podem ser usadas para fortalecer e melhorar as atuais aplicações de remediação de PFAS, incluindo técnicas de oxidação eletroquímica.

Pesquisa fundamental:Reatividade dos elétrons

"Estudei a oxidação de contaminantes orgânicos em água e águas residuais por 20 anos", disse Minakata. "Cada PFAS é muito único e muitos são formas oxidadas; assim, a oxidação não destrói bem o PFAS." Pesquisadores em todo o mundo estão agora procurando tecnologias de redução que dependem de elétrons, disse ele.

"A redução eletroquímica usando elétrons é uma tecnologia com resultados promissores. Os pesquisadores agora estão trabalhando nos materiais dos eletrodos e no projeto do reator para melhorar a eficiência da aplicação no mundo real. É aqui que minha pesquisa fundamental pode fornecer informações valiosas sobre as reatividades dos elétrons que, até até agora, não foram bem compreendidos."

Foco sugerido:visar as maiores concentrações de PFAS

Obtenha o PFAS onde é mais prevalente, diz Minakata. “Em vez de focar em concentrações extremamente baixas de PFAS na água, a pesquisa e a remediação devem identificar e direcionar os pontos onde as concentrações de PFAS são relativamente altas”, disse ele. “Essa seria uma maneira muito melhor de destruir o PFAS de maneira acessível, eficaz e eficiente”.

Em seguida, Minakata e seus colaboradores planejam estudar a distribuição física do PFAS. "Queremos encontrar hotspots de PFAS - lugares onde podemos aplicar essas tecnologias promissoras - para destruir grandes quantidades de PFAS de uma só vez."

O PFAS apresenta questões de justiça ambiental, observou Minakata, cuja pesquisa neste campo é parcialmente apoiada pela Central Chemicals. "Em vez de encobrir os problemas do PFAS, como colocar pequenos curativos em ferimentos graves, nós, engenheiros ambientais, devemos enfrentar e resolver o problema fundamental do PFAS em colaboração com cientistas, indústrias, comunidades e formuladores de políticas", afirmou. + Explorar mais

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