Científicos de la Universidad de Rochester han desarrollado nuevos enfoques electroquímicos para limpiar la contaminación de los "químicos permanentes" que se encuentran en la ropa, los envases de alimentos, las espumas contra incendios y una amplia gama de otros productos. Un nuevo Diario de Catálisis El estudio describe nanocatalizadores desarrollados para remediar sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas conocidas como PFAS.
Los investigadores, dirigidos por la profesora asistente de ingeniería química Astrid Müller, se centraron en un tipo específico de PFAS llamado sulfonato de perfluorooctano (PFOS), que alguna vez se usó ampliamente para productos resistentes a las manchas pero que ahora está prohibido en gran parte del mundo por su daño a salud humana y animal. El PFOS todavía está muy extendido y es persistente en el medio ambiente a pesar de que los fabricantes estadounidenses lo eliminaron gradualmente a principios de la década de 2000, y sigue apareciendo en el suministro de agua.
Müller y su equipo de ciencia de materiales Ph.D. Los estudiantes crearon los nanocatalizadores utilizando su combinación única de experiencia en láseres ultrarrápidos, ciencia de materiales, química e ingeniería química.
"Utilizando el láser pulsado en la síntesis líquida, podemos controlar la química de la superficie de estos catalizadores de una manera que no se puede hacer con los métodos tradicionales de química húmeda", afirma Müller. "Se puede controlar el tamaño de las nanopartículas resultantes mediante la interacción luz-materia, básicamente destrozándolas".
Luego, los científicos adhieren las nanopartículas a un papel carbón que es hidrófilo. Esto proporciona un sustrato económico con una gran superficie. Usando hidróxido de litio en altas concentraciones, desfluoraron completamente los químicos PFOS.
Müller afirma que para que el proceso funcione a gran escala, será necesario tratar al menos un metro cúbico a la vez. Fundamentalmente, su novedoso enfoque utiliza todos los metales no preciosos, a diferencia de los métodos existentes que requieren diamantes dopados con boro. Según sus cálculos, tratar un metro cúbico de agua contaminada con diamantes dopados con boro costaría 8,5 millones de dólares; el nuevo método es casi 100 veces más barato.
Aprovechar los productos químicos PFAS de forma sostenible
En futuros estudios, Müller espera comprender por qué el hidróxido de litio funciona tan bien y si se pueden sustituir por materiales aún menos costosos y más abundantes para reducir aún más el costo. También quiere aplicar el método a una variedad de sustancias químicas PFAS que todavía se usan predominantemente pero que se han relacionado con problemas de salud que van desde el desarrollo de los bebés hasta el cáncer de riñón.
Müller dice que, a pesar de sus problemas, prohibir por completo todos los productos químicos y sustancias PFAS no es práctico debido a su utilidad no sólo en productos de consumo sino también en tecnologías verdes.
"Yo diría que, al final, muchos esfuerzos de descarbonización (desde bombas de calor geotérmicas hasta refrigeración eficiente y células solares) dependen de la disponibilidad de PFAS", dice Müller. "Creo que es posible utilizar PFAS de forma circular y sostenible si podemos aprovechar las soluciones electrocatalíticas para romper los enlaces de fluorocarbono y recuperar el fluoruro de forma segura sin liberarlo al medio ambiente".
Aunque la comercialización está muy lejos, Müller presentó una patente con el apoyo de URVentures y prevé que se utilice en instalaciones de tratamiento de aguas residuales y en empresas para limpiar sitios contaminados donde solían producir estos químicos PFAS. También lo llama una cuestión de justicia social.
"A menudo, en las zonas con menores ingresos del mundo hay más contaminación", afirma Müller. "Una ventaja de un enfoque electrocatalítico es que se puede utilizar de forma distribuida ocupando poco espacio utilizando electricidad procedente de paneles solares".
Más información: Ziyi Meng et al, Defluoración electrocatalítica completa de sulfonato de perfluorooctano en solución acuosa con materiales no preciosos, Journal of Catalysis (2024). DOI:10.1016/j.jcat.2024.115403
Proporcionado por la Universidad de Rochester
