Pesquisadores da Universidade Drexel descobriram uma maneira de destruir compostos tóxicos teimosamente resistentes, sinistramente apelidado de "produtos químicos para sempre, "que contaminaram a água potável de milhões nos Estados Unidos.

Esses produtos químicos, comumente chamado de PFAS - um encurtamento de substâncias per- e polifluoroalquil, foram usados ​​por cerca de 60 anos como revestimento para panelas antiaderentes e roupas à prova d'água e em espumas de combate a incêndio. Nas últimas duas décadas, as preocupações com os riscos à saúde associados à exposição a PFAS - de câncer e problemas de tireoide a baixo peso ao nascer e hipertensão - levaram a proibições federais, mandatos de monitoramento e esforços massivos de remediação.

Mas eliminar esses produtos químicos - originalmente projetados para resistir a altas temperaturas de incêndios movidos a combustível - da água potável provou ser quase impossível.

"As ligações químicas de fluoreto de carbono em compostos PFAS são extremamente estáveis, portanto, é impossível decompor esses compostos usando métodos de tratamento padrão, "disse Christopher Sales, Ph.D., um professor associado de engenharia ambiental na Drexel que estuda a degradação de contaminantes ambientais.

Sales faz parte de uma equipe da Drexel's College of Engineering e do C. &J. Nyheim Plasma Institute explorando como uma explosão de gás carregado, chamado plasma frio, pode ser usado para eliminar o PFAS da água. Seu grupo publicou recentemente sua pesquisa na revista Ciência Ambiental:Pesquisa e Tecnologia da Água .

"Este se tornou um problema urgente porque estamos vendo PFAS aparecendo em todos os lugares, não apenas na água e no solo perto de aeroportos que o usavam como espuma de combate a incêndios, mas também em muitos bens de consumo, como tecidos resistentes a manchas e embalagens de alimentos projetadas para repelir líquidos e gordura ", disse Sales." Como esses produtos químicos não se biodegradam prontamente, O PFAS está absorvendo as águas subterrâneas e superficiais de produtos que estão em aterros sanitários há décadas. "

Embora as rotas precisas de exposição ainda não tenham sido identificadas, estudos sugerem que PFAS foi detectado na corrente sanguínea de até 98 por cento da população dos EUA por meio de alguma combinação de exposição direta, contaminação da água potável e bioacumulação.

O Departamento de Defesa está atualmente gastando bilhões de dólares para limpar o abastecimento de água contaminada do solo em torno de centenas de bases militares onde a espuma de combate a incêndio PFAS foi usada. Mas os melhores esforços são apenas um paliativo, de acordo com Vendas.

"O padrão atual para lidar com água contaminada com PFAS são filtros de carvão ativado, "Sales disse." Mas o problema com a filtragem é que ela apenas coleta o PFAS, mas não o destrói. Então, a menos que os filtros sejam incinerados em altas temperaturas, os filtros gastos tornam-se uma nova fonte de PFAS que pode retornar ao meio ambiente por meio do escoamento e infiltração do aterro. "

Para realmente eliminar os produtos químicos, o tratamento precisa separar a ligação carbono-fluoreto, que é a chave para o poder de permanência do composto. Diferentes tipos de PFAS, que agora chega aos milhares, são constituídos por cadeias de fluoreto de carbono de diferentes comprimentos. O principal objetivo dos métodos de descontaminação propostos é quebrar a corrente em pedaços menores para torná-la inerte. Um secundário, e um alvo mais desafiador, está removendo completamente os átomos de flúor dos compostos - uma conquista chamada de defluoração.

Uma maneira de remover o PFAS da água é elevando suas temperaturas, o que aumenta a atividade de seus átomos o suficiente para esticar a ligação carbono-fluoreto até seu ponto de ruptura. Infelizmente, é preciso muito mais do que ferver para se livrar do PFAS, de acordo com Vendas.

"Para quebrar a ligação extremamente estável entre o carbono e o flúor no PFAS, você precisa aumentar a temperatura dos compostos para pelo menos 1, 000 Celsius - então, 10 vezes a temperatura da água fervente, "Disse Sales." Mas isso claramente não é viável para operações de tratamento de água, devido à enorme quantidade de energia que consumiria. "

A equipe Drexel está propondo o uso de gás altamente energizado, ou plasma, como forma de ativar os átomos de PFAS sem aquecer a água.

Em não equilíbrio, ou plasma "frio", um campo eletromagnético é usado para excitar os elétrons em um gás sem aumentar sua temperatura geral. Em um exemplo comum de plasma frio, uma luz fluorescente, os elétrons são excitados a ponto de emitirem luz visível enquanto o próprio gás permanece em temperatura ambiente.

Pesquisadores do Instituto de Plasma Nyheim têm aproveitado a tecnologia de plasma sem equilíbrio para descontaminação e esterilização de produtos e carnes e em ambientes de saúde.

Soltá-lo no PFAS é o equivalente químico de usar um liquidificador para fazer um smoothie.

Primeiro, um dispositivo chamado plasmatron de arco deslizante cria um campo eletromagnético giratório que ativa elétrons de bolhas de gás na água. Os elétrons de alta energia separam espécies químicas na água e começam a emitir radiação ultravioleta. Em última análise, o vórtice giratório de átomos, íons e radiação atingem um nível de atividade alto o suficiente para cortar a ligação carbono-fluoreto nos compostos de PFAS - tudo sem aumentar a temperatura da água.

Em apenas uma hora de tratamento, que usa um pouco mais de energia do que seria necessário para fazer uma chaleira ferver, o tratamento de plasma de arco deslizante pode eliminar mais de 90 por cento do PFAS da água e desfluorar cerca de um quarto dos compostos, de acordo com o estudo recentemente publicado do grupo.

"Este é apenas um exemplo de como a tecnologia de plasma frio pode ser usada de forma eficaz e eficiente em termos de energia para resolver problemas difíceis de contaminação química, "disse Alexander Fridman, Ph.D., diretor do Instituto de Plasma Nyheim. "O plasma frio tem o potencial de nos ajudar a eliminar uma variedade de toxinas químicas que ameaçam nossos suprimentos de comida e água potável."

Embora os métodos de tratamento de plasma para remoção de PFAS tenham sido testados por outros grupos, até agora, nenhum deles se presta a ser facilmente escalado para uso em grandes instalações de tratamento, de acordo com os pesquisadores da Drexel.

"Agora que provamos a eficácia do tratamento de água fria com plasma, nosso próximo passo é continuar testando em uma escala maior, "Fridman disse." Nós também acreditamos que a tecnologia poderia ser ajustada para tratar solo contaminado e para atingir a desfluoração quase completa dos compostos de PFAS. "