Οι PFAS έχουν αποκτήσει το προσωνύμιο «παντοτινές χημικές ουσίες» επειδή οι δεσμοί άνθρακα-φθορίου που τους χαρακτηρίζουν είναι εξαιρετικά σταθεροί και τους επιτρέπουν να παραμένουν για μεγάλο χρονικό διάστημα στο περιβάλλον. Μια νέα μελέτη ερευνητών από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Ρίβερσαϊντ δείχνει τώρα έναν διαφορετικό τρόπο αντιμετώπισης δύο από τις πιο γνωστές ενώσεις της συγκεκριμένης κατηγορίας, χρησιμοποιώντας υπεριώδη ακτινοβολία και ειδικούς καταλύτες για να σπάσει σταδιακά τους δεσμούς άνθρακα-φθορίου. Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο Nature Water, αφορά το υπερφθοροοκτανοϊκό οξύ (PFOA) και το υπερφθοροοκτανοσουλφονικό οξύ (PFOS), δύο PFAS που έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως και έχουν εντοπιστεί ως περιβαλλοντικοί ρύποι. Οι επιστήμονες δεν περιορίστηκαν στο να μετρήσουν εάν οι ενώσεις εξαφανίζονται από το νερό. Παρακολούθησαν τι συμβαίνει στα μόριά τους κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, ώστε να κατανοήσουν εάν και πώς καταστρέφονται πραγματικά.
Η τεχνολογία βασίζεται σε νανοκαταλύτες από παλλάδιο ή πλατίνα, οι οποίοι είναι τοποθετημένοι πάνω σε ειδικά τροποποιημένα νανοσωματίδια πυριτίας. Όταν το σύστημα εκτίθεται σε υπεριώδη ακτινοβολία, δημιουργούνται ενυδατωμένα ηλεκτρόνια, δηλαδή εξαιρετικά δραστικά ηλεκτρόνια μέσα στο νερό, τα οποία επιτίθενται στα μόρια των PFAS. Η επίθεση αυτή ξεκινά τη διάσπαση των δεσμών άνθρακα-φθορίου. Τα άτομα φθορίου απομακρύνονται σταδιακά από τα μόρια και απελευθερώνονται ως ιόντα φθορίου, ενώ οι εναπομείνασες αλυσίδες υφίστανται διαδοχικές αλλαγές μέχρι να προχωρήσει περαιτέρω η αποφθορίωση. Η ανάλυση των ενδιάμεσων προϊόντων με φασματομετρικές τεχνικές επέτρεψε στους ερευνητές να περιγράψουν βήμα προς βήμα τον μηχανισμό της αντίδρασης. Το εύρημα έχει σημασία επειδή η απλή απομάκρυνση ενός PFAS από το νερό δεν σημαίνει απαραίτητα ότι η χημική ουσία έχει καταστραφεί. Μπορεί να έχει μεταφερθεί σε ένα φίλτρο ή άλλο υλικό αποβλήτων. Στη συγκεκριμένη διαδικασία, αντίθετα, ο στόχος είναι η αποφθορίωση και η σταδιακή διάλυση της ίδιας της χημικής δομής.
Σχεδόν πλήρης αποφθορίωση σε εργαστηριακές συνθήκες
Στα πειράματα, οι δύο νανοκαταλύτες πέτυχαν πολύ υψηλή αποδόμηση των PFOA και PFOS. Με υπεριώδη ακτινοβολία UVC, σε θερμοκρασία δωματίου και υπό συγκεκριμένες εργαστηριακές συνθήκες, η αποδόμηση έφτασε περίπου στο 99% μέσα σε 24 ώρες για τις εξεταζόμενες ενώσεις, ενώ οι μετρήσεις έδειξαν σχεδόν στοιχειομετρική απελευθέρωση φθορίου. Η διαδικασία λειτούργησε επίσης με ακτινοβολία UVA, γεγονός που οι ερευνητές θεωρούν σημαντικό για τη μελλοντική προσαρμογή της τεχνολογίας σε διαφορετικές πηγές φωτός. Ένα ακόμη ενδιαφέρον στοιχείο είναι ότι η αντίδραση μπορεί να παράγει υδρογόνο επί τόπου, στην επιφάνεια των καταλυτών, χωρίς να απαιτείται εξωτερική παροχή υδρογόνου. Οι αναλύσεις έδειξαν ότι η παραγωγή αυτή συνδέεται με τον ίδιο φωτοχημικό μηχανισμό που ενεργοποιείται από την υπεριώδη ακτινοβολία.
Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι η λεπτομερής κατανόηση του μηχανισμού μπορεί να βοηθήσει στην επιλογή των κατάλληλων συνδυασμών τεχνολογιών, καταλυτών και συνθηκών λειτουργίας, ώστε η καταστροφή των PFAS να προχωρά βαθύτερα. Παράλληλα, η μελέτη διορθώνει ορισμένες προηγούμενες υποθέσεις σχετικά με τον τρόπο διάσπασης των συγκεκριμένων ενώσεων, οι οποίες δεν είχαν επιβεβαιωθεί πειραματικά.
Η έρευνα, ωστόσο, βρίσκεται ακόμη σε εργαστηριακό στάδιο και δεν αποτελεί έτοιμη τεχνολογία για την επεξεργασία πόσιμου νερού. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν με συγκεκριμένες συγκεντρώσεις PFAS, καταλύτες και ελεγχόμενες συνθήκες. Για πρακτική εφαρμογή απαιτούνται περαιτέρω μελέτες, μεταξύ άλλων για τη μείωση της χρήσης πολύτιμων μετάλλων, την ανάπτυξη εναλλακτικών καταλυτών και τη λειτουργία της διαδικασίας σε συστήματα συνεχούς ροής.
