Cientistas da Universidade de Rochester desenvolveram novas abordagens eletroquímicas para limpar a poluição de “produtos químicos eternos” encontrados em roupas, embalagens de alimentos, espumas de combate a incêndios e uma ampla gama de outros produtos. Um novo Journal of Catalysis estudo descreve nanocatalisadores desenvolvidos para remediar substâncias per e polifluoroalquil conhecidas como PFAS.



Os pesquisadores, liderados pela professora assistente de engenharia química Astrid Müller, concentraram-se em um tipo específico de PFAS chamado perfluorooctano sulfonato (PFOS), que já foi amplamente utilizado para produtos resistentes a manchas, mas agora é proibido em grande parte do mundo por seus danos a saúde humana e animal. O PFOS ainda está difundido e persistente no meio ambiente, apesar de ter sido eliminado gradualmente pelos fabricantes dos EUA no início dos anos 2000, continuando a aparecer no abastecimento de água.

Müller e sua equipe de ciência dos materiais, Ph.D. os alunos criaram os nanocatalisadores usando sua combinação única de experiência em lasers ultrarrápidos, ciência de materiais, química e engenharia química.

“Usando laser pulsado na síntese de líquidos, podemos controlar a química da superfície desses catalisadores de uma forma que você não consegue fazer nos métodos tradicionais de química úmida”, diz Müller. "Você pode controlar o tamanho das nanopartículas resultantes através da interação luz-matéria, basicamente destruindo-as."

Os cientistas então aderem as nanopartículas ao papel carbono que é hidrofílico. Isso fornece um substrato barato com uma grande área superficial. Usando hidróxido de lítio em altas concentrações, eles desfluoraram completamente os produtos químicos PFOS.

Müller diz que para que o processo funcione em larga escala, será necessário tratar pelo menos um metro cúbico por vez. Crucialmente, a sua nova abordagem utiliza todos os metais não preciosos, ao contrário dos métodos existentes que requerem diamantes dopados com boro. Pelos seus cálculos, tratar um metro cúbico de água poluída com diamante dopado com boro custaria 8,5 milhões de dólares; o novo método é quase 100 vezes mais barato.

Aproveitar produtos químicos PFAS de forma sustentável

Em estudos futuros, Müller espera compreender por que o hidróxido de lítio funciona tão bem e se materiais ainda mais baratos e mais abundantes podem ser substituídos para reduzir ainda mais o custo. Ela também quer aplicar o método a uma série de produtos químicos PFAS que ainda são predominantemente usados, mas que têm sido associados a problemas de saúde que vão desde o desenvolvimento em bebês até o câncer renal.

Müller diz que, apesar dos seus problemas, a proibição total de todos os produtos químicos e substâncias PFAS não é prática devido à sua utilidade não apenas em produtos de consumo, mas também em tecnologias verdes.

“Eu diria que, no final, muitos esforços de descarbonização – desde bombas de calor geotérmicas até refrigeração eficiente e células solares – dependem da disponibilidade de PFAS”, diz Müller. "Acredito que é possível usar o PFAS de forma circular e sustentável se pudermos aproveitar soluções eletrocatalíticas para quebrar as ligações de fluorocarbonetos e recuperar o flúor com segurança, sem colocá-lo no meio ambiente."

Embora a comercialização ainda esteja muito distante, Müller registrou uma patente com o apoio da URVentures e prevê que ela seja usada em estações de tratamento de águas residuais e por empresas para limpar locais contaminados onde costumavam produzir esses produtos químicos PFAS. Ela também chama isso de uma questão de justiça social.

“Muitas vezes, em áreas com rendimentos mais baixos em todo o mundo, há mais poluição”, diz Müller. "Uma vantagem de uma abordagem eletrocatalítica é que você pode usá-la de forma distribuída com uma pegada pequena, usando eletricidade de painéis solares."

Mais informações: Ziyi Meng et al, Desfluoração eletrocatalítica completa de perfluorooctano sulfonato em solução aquosa com materiais não preciosos, Journal of Catalysis (2024). DOI:10.1016/j.jcat.2024.115403
Fornecido pela Universidade de Rochester