Investigadores de la Universidad de Drexel han encontrado una forma de destruir compuestos tóxicos obstinadamente resistentes, ominosamente apodado "químicos para siempre, "que han contaminado el agua potable de millones de personas en todo Estados Unidos.

Estos químicos, comúnmente llamado PFAS — un acortamiento de sustancias perfluoroalquilo y polifluoroalquilo, se utilizaron durante unos 60 años como revestimientos para sartenes antiadherentes y ropa impermeable y en espumas contra incendios. En las últimas dos décadas, las preocupaciones sobre los riesgos para la salud asociados con la exposición al PFAS, desde el cáncer y los problemas de tiroides hasta el bajo peso al nacer y la presión arterial alta, han llevado a prohibiciones federales, mandatos de monitoreo y esfuerzos masivos de remediación.

Pero eliminar estos productos químicos, originalmente diseñados para resistir las altas temperaturas de los incendios provocados por combustibles, del agua potable ha demostrado ser casi imposible.

"Los enlaces químicos carbono-fluoruro en los compuestos PFAS son extremadamente estables, por lo que es imposible descomponer estos compuestos utilizando métodos de tratamiento estándar, "dijo Christopher Sales, Doctor., profesor asociado de ingeniería ambiental en Drexel que estudia la degradación de los contaminantes ambientales.

Sales es parte de un equipo de la Facultad de Ingeniería de Drexel y el Instituto de Plasma C. &J. Nyheim que explora cómo una explosión de gas cargado, llamado plasma frío, se puede utilizar para eliminar PFAS del agua. Su grupo publicó recientemente su investigación en la revista Ciencias ambientales:investigación y tecnología del agua .

"Esto se ha convertido en un problema urgente porque vemos aparecer PFAS en todas partes, no solo en el agua y el suelo cerca de los aeropuertos que lo usaron en la espuma contra incendios, sino también en muchos bienes de consumo como telas resistentes a las manchas y envases de alimentos diseñados para repeler líquidos y grasas ", dijo Sales." Debido a que estos productos químicos no se biodegradan fácilmente, PFAS se está filtrando al agua subterránea y superficial a partir de productos que han estado depositados en vertederos durante décadas ".

Aunque aún no se han identificado rutas de exposición precisas, Los estudios sugieren que se ha detectado PFAS en el torrente sanguíneo de hasta el 98 por ciento de la población de EE. UU. a través de alguna combinación de exposición directa, contaminación y bioacumulación del agua potable.

El Departamento de Defensa actualmente está gastando miles de millones de dólares para limpiar los suministros de agua del suelo contaminado alrededor de cientos de bases militares donde se había usado espuma contra incendios PFAS. Pero los mejores esfuerzos son solo una solución provisional, según Ventas.

"El estándar actual para tratar el agua contaminada con PFAS son los filtros de carbón activado, "Sales dijo." Pero el problema con la filtración es que solo recolecta el PFAS, no lo destruye. Entonces, a menos que los filtros se incineren a altas temperaturas, los filtros usados ​​se convierten en una nueva fuente de PFAS que puede regresar al medio ambiente a través de la escorrentía y la filtración de los vertederos ".

Para eliminar realmente los productos químicos, el tratamiento necesita separar el enlace carbono-fluoruro que es clave para el poder de permanencia del compuesto. Diferentes tipos de PFAS, que ahora se cuentan por miles, se componen de cadenas de fluoruro de carbono de diferentes longitudes. El objetivo principal de los métodos de descontaminación propuestos es romper la cadena en pedazos más pequeños para volverla inerte. Una secundaria, y un objetivo más desafiante, está eliminando completamente los átomos de fluoruro de los compuestos, un logro llamado defluoración.

Una forma de eliminar el PFAS del agua es elevando sus temperaturas, lo que aumenta la actividad de sus átomos lo suficiente como para estirar el enlace carbono-fluoruro hasta su punto de ruptura. Desafortunadamente, se necesita mucho más que hervir para deshacerse de PFAS, según Ventas.

"Para romper el vínculo extremadamente estable entre el carbono y el fluoruro en PFAS, necesita elevar la temperatura de los compuestos a al menos 1, 000 Celsius, es decir, 10 veces la temperatura del agua hirviendo, "Sales dijo." Pero eso claramente no es factible para las operaciones de tratamiento de agua, debido a la enorme cantidad de energía que consumiría ".

El equipo de Drexel propone el uso de gas de alta energía, o plasma, como una forma de activar los átomos de PFAS sin calentar el agua.

En desequilibrio, o plasma "frío", Se utiliza un campo electromagnético para excitar los electrones de un gas sin elevar su temperatura general. En un ejemplo común de plasma frío, una luz fluorescente, los electrones se excitan hasta el punto en que emiten luz visible mientras el gas permanece a temperatura ambiente.

Los investigadores del Nyheim Plasma Institute han estado aprovechando la tecnología de plasma de desequilibrio para la descontaminación y esterilización de productos y carne y en entornos de atención médica.

Soltarlo en PFAS es el equivalente químico de usar una licuadora para hacer un batido.

Primero, un dispositivo llamado plasmatrón de arco deslizante crea un campo electromagnético giratorio que activa electrones de burbujas de gas en el agua. Los electrones de alta energía separan las especies químicas del agua y comienzan a emitir radiación ultravioleta. Por último, el vórtice giratorio de átomos, Los iones y la radiación alcanzan un nivel de actividad lo suficientemente alto como para romper el enlace carbono-fluoruro en los compuestos PFAS, todo sin elevar la temperatura del agua.

En solo una hora de tratamiento, que usa un poco más de energía de la que se necesitaría para hacer hervir una tetera, el tratamiento con plasma de arco deslizante puede eliminar más del 90 por ciento de PFAS del agua y desfluorar alrededor de una cuarta parte de los compuestos, según el estudio publicado recientemente por el grupo.

"Este es solo un ejemplo de la eficacia y la eficiencia energética de la tecnología de plasma frío para abordar problemas difíciles de contaminación química, "dijo Alexander Fridman, Doctor., director del Nyheim Plasma Institute. "El plasma frío tiene el potencial de ayudarnos a eliminar una variedad de toxinas químicas que amenazan nuestro suministro de alimentos y agua potable".

Si bien otros grupos han probado los métodos de tratamiento con plasma para la eliminación de PFAS, Hasta ahora, ninguno de ellos se presta a ser fácilmente ampliado para su uso en grandes instalaciones de tratamiento. según los investigadores de Drexel.

"Ahora que hemos probado la eficacia del tratamiento de agua con plasma frío, nuestro siguiente paso es seguir probándolo a mayor escala, ", Dijo Fridman." También creemos que la tecnología podría ajustarse para tratar el suelo contaminado y lograr una defluoración casi completa de los compuestos PFAS ".