(Boy_Anupong/Getty Images) Ein Team von Wissenschaftlern hat einen einfachen, energiearmen Weg entdeckt, um eine der größten Gruppen von „ewigen Chemikalien“ aufzubrechen. schädliche Schadstoffe die verlinkt wurden Umweltschäden Und Bedenken hinsichtlich der menschlichen Gesundheit.
Während praktische Anwendungen noch in weiter Ferne liegen, sind Wissenschaftler vom Potenzial der neuen Technik beeindruckt.
In detaillierten Simulationen zerfielen PFAS-Moleküle – langkettige synthetische Chemikalien mit Kohlenstoff-Fluor-Bindungen, die so stark waren, dass man davon ausging, dass sie ohne großen Aufwand nicht zu brechen waren – unter bestimmten milden Bedingungen schnell „auseinander“.
„Das grundlegende Wissen darüber, wie sich diese Materialien abbauen, ist wahrscheinlich das wichtigste Ergebnis dieser Studie“, sagte William Dichtel, Chemieprofessor an der Northwestern University, in einer Pressekonferenz.
Bisher haben die Forscher gezeigt, dass ihre Methode eine Hauptklasse von PFAS-Chemikalien (Perfluoralkyl) abbaut, nämlich solche, die Carbonsäuren enthalten und kurz PFCAs genannt werden.
Alle PFAS sind berüchtigt. Ihre wasser- und fettabweisenden Eigenschaften machten sie zu wirksamen Antihaft- und Imprägniermitteln, aber auch zu furchtbar hartnäckigen Umweltschadstoffen, die sich dort angesammelt haben unser Blut .
Angesichts der bekannte Gesundheitsrisiken Aufgrund der chronischen Exposition gegenüber geringen Mengen an PFAS-Verbindungen und einer Reihe von Studien, in denen eine PFAS-Kontamination in unsicheren Mengen in Wasserquellen festgestellt wurde, gab es Eile, eine Reihe von Techniken zu entwickeln Filtern Sie PFAS aus dem Trinkwasser mit unterschiedlicher Erfolg .
Allerdings bleiben PFAS-Chemikalien (wenig überraschend) nach der Filtration intakt und es gibt nur wenige Möglichkeiten, sie zu entsorgen. Bei ausreichend hohen Temperaturen können sie wird zusammenbrechen . Dies ist jedoch teuer und birgt die Gefahr einer weiteren Verbreitung von Schadstoffen.
Die neue Forschung unter der Leitung der Materialchemikerin Brittany Trang von der Northwestern University könnte das radikal ändern.
Das Team entwickelte einen Niedrigenergieprozess, der PFAS-Chemikalien bei milden Temperaturen abbaut, kostengünstige Reagenzien verwendet und nur unschädliche kohlenstoffhaltige Moleküle und Fluoridionen zurücklässt.
Die Studie „liefert Einblicke in die Art und Weise, wie diese scheinbar robusten Verbindungen unter unerwartet milden Bedingungen nahezu vollständig zersetzt werden können“. schreiben Shira Joudan, Umweltchemieforscherin an der York University, und ihr Chemikerkollege Rylan Lundgren von der University of Alberta in einem perspektivischen Artikel zur Studie. Keiner der Perspektivautoren war an der Studie beteiligt.
„Hoffentlich werden die grundlegenden Erkenntnisse von Trang et al. kann mit der effizienten Abscheidung von PFAS aus kontaminierten Umweltstandorten gekoppelt werden, um eine mögliche Lösung für das ewige chemische Problem bereitzustellen.“
Das könnte schwieriger sein, als es sein sollte. Für immer sind Chemikalien scheinbar überall und die US-Umweltschutzbehörde (EPA) hat hat seine Leitlinien mehrfach überarbeitet der seiner Ansicht nach „sicheren“ Werte an PFAS-Kontamination, da sich herausstellte, dass PFAS-Stoffe gefährlicher sind, als die Aufsichtsbehörden dachten (oder zugaben).
Darüber hinaus ist die Agentur in letzter Zeit einer intensiven Prüfung ausgesetzt die Definition einzugrenzen von PFAS-Stoffen, um viele Chemikalien endgültig auszuschließen.
Angesichts dieser sich ändernden regulatorischen Standards und wachsenden Sicherheitsbedenken brauchen wir schnell eine Möglichkeit, mit der PFAS-Kontamination umzugehen.
Trang und Kollegen testeten ihre Niedrigenergiemethode an PFCA-Molekülen unterschiedlicher Kettenlänge und konnten zehn davon abbauen. Der Trick bestand darin, eine Gruppe geladener Sauerstoffatome am Schwanzende der PFCA-Moleküle anzuvisieren.
„Das löste all diese Reaktionen aus und es begann, Fluoratome aus diesen Verbindungen auszuspucken, um Fluorid zu bilden, die sicherste Form von Fluor.“ erklärt Dichtel.
„Obwohl Kohlenstoff-Fluor-Bindungen superstark sind, ist diese geladene Kopfgruppe die Achillesferse.“
Mithilfe von Computersimulationen, um die Kaskade komplexer chemischer Reaktionen zu entwirren und zu bestätigen, dass die Nebenprodukte relativ harmlos waren, ist das Team zuversichtlich, auf einem guten Weg zu sein. Nach der Destabilisierung wurden den Molekülen fast alle Fluoratome entzogen.
Computermodellierung „bietet zum ersten Mal tatsächlich eine Möglichkeit, diese Reaktionen abzubilden und möglicherweise zu optimieren, um zu beweisen, dass wir wirklich nur plausibel sichere Produkte herstellen“, sagte Dichtel in einer Pressekonferenz. Dazu gehören kleine kohlenstoffhaltige Produkte, die in der Natur vorkommen und keine ernsthaften Gesundheitsrisiken darstellen, fügte er hinzu.
Anschließend zeigten die Forscher, dass ihr Verfahren auch für eine andere Klasse neuerer, verzweigter PFAS-Stoffe funktioniert – die als Ersatz für PFAS-Chemikalien entwickelt wurden, deren aber allgegenwärtig sind Präsenz in globalen Oberflächengewässern hat Wissenschaftler bereits alarmiert.
Angesichts der Tatsache, dass es jedoch mehr als gibt 12.000 verschiedene PFAS Da es sich bei den bisher von der US-Umweltschutzbehörde EPA anerkannten Chemikalien um eine Reihe von Chemikalien handelt, ist noch viel mehr Forschung erforderlich, um die grundlegende Reaktivität dieser Moleküle zu verstehen und um festzustellen, ob sie mit ähnlichen Ansätzen abgebaut werden können.
Das Gleiche gilt für Aufklärung der Bandbreite gesundheitlicher Auswirkungen von PFAS-Chemikalien und wo sie in der Umwelt verbleiben.
Das Team hofft, dass ihre Arbeit weitere Forschungen anregen wird, um praktische Methoden zur Entfernung und zum Abbau dieser gefährlichen Schadstoffe im industriellen Maßstab zu entwickeln. Es ist auch wichtig herauszufinden, wie andere Klassen von PFAS-Verbindungen, nämlich die sulfonathaltigen Substanzen, abgebaut werden können.
„Unsere Arbeit befasste sich mit einer der größten PFAS-Klassen, darunter viele, die uns am meisten am meisten beunruhigen.“ sagt Dichtel der Studie. „Es gibt andere Klassen, die nicht die gleiche Achillesferse haben, aber jede wird ihre eigene Schwäche haben.“
Wenn Wissenschaftler sie einzeln identifizieren können, beginnend mit den Sulfonaten, dann könnten wir der Erkenntnis, wie wir das Chaos, das wir angerichtet haben, beseitigen können, einen Schritt näher kommen.
Die Studie wurde veröffentlicht in Wissenschaft .