Novas técnicas usam luz visível para destruir PFAS

Substâncias tóxicas per e polifluoroalquil (PFAS) persistem para sempre no meio ambiente; mesmo quando eles são removidos, é difícil evitar que eventualmente acabando de volta no meio ambiente. Aniquilar o PFAS é a única maneira segura de mantenha-os fora da água potável e nossos corpos. Nos últimos anos, investigadores e start-ups desenvolveram diversas técnicas para destruir esses produtos químicos para sempre.

Dois grupos de pesquisa independentes relatam agora pela primeira vez que a luz visível pode quebrar o PFAS em subprodutos benignos (Natureza 2024, DOI: 10.1038/s41586-024-08179-1 e 10.1038/s41586-024-08327-7). Ambas as equipes desenvolveram fotocatalisadores que, quando excitados pela luz roxa, lançam elétrons energeticamente no PFAS para romper as teimosas ligações carbono-flúor que tornam as substâncias resistentes ao calor e à água.

Ainda é cedo, mas os avanços sugerem uma rota de baixo custo e em grande escala para destruir os PFAS diretamente na água. “Usamos a luz como fonte de energia, e o sol poderia fornecer essa luz”, diz Yan Biao Kangquímico da Universidade de Ciência e Tecnologia da China. “Nosso sonho é colocar nosso catalisador, imobilizado em algum materials, na água, onde destruiria lentamente o PFAS.”

Quatro anos atrás, Kang, Jian-Ping Qu da Nanjing Tech College, e colegas criaram um catalisador à base de carbazol que, sob luz roxa, rompeu com eficiência a ligação carbono-flúor no fluorobenzeno. Os pesquisadores então se voltaram para o PFAS, mas esse catalisador não period bom em clivar todas as ligações C – F nos compostos.

A equipe projetou agora uma versão do catalisador com um anel de carbazol torcido e mais elétrons para doar. Os pesquisadores testaram o novo fotocatalisador em vários PFAS, incluindo politetrafluoroetileno (PTFE), conhecido como Teflon, bem como vários PFAS de cadeia longa com oito ou mais carbonos, incluindo ácido perfluorooctano sulfônico e ácido polifluorooctanóico (mostrado).

Eles misturam cada PFAS separadamente em um solvente contendo o fotocatalisador e formato de potássio como doador de elétrons para reabastecer os elétrons que o fotocatalisador envia para quebrar a ligação carbono-flúor. Eles então acendem um diodo emissor de luz (LED) roxo nas misturas. O PTFE se decompõe para formar carbono amorfo e fluoreto de potássio reutilizável; mais de 95% do flúor é convertido no sal fluoreto. Os PFAS de cadeia longa são degradados e transformados em carbonato, formato, oxalato e trifluoroacetato como produtos finais.

Químicos Garret M. Miyake e Roberto S. Paton na Universidade Estadual do Colorado, Niels H. Damrauer na Universidade do Colorado em Boulder, e colegas seguiram uma trajetória semelhante à do grupo na China. Cerca de 8 anos atrás, a equipe do Colorado desenvolveu um fotocatalisador à base de benzoperileno; eles agora ajustaram e domesticaram sua reatividade para que ele possa romper as ligações carbono-flúor no PFAS quando excitado pela luz roxa.

Os pesquisadores usam fluoreto de tetrabutilamônio como doador de elétrons. Sua reação fornece hidrocarbonetos benignos e íons fluoreto como principais subprodutos.

Nenhum dos sistemas catalíticos está perto de ser prático no momento. As reações são lentas na água, e tanto Kang quanto Miyake dizem que o primeiro passo será fazer com que seu respectivo catalisador funcione eficientemente no PFAS dissolvido em água.

“De uma perspectiva prática, existem muitos grandes desafios”, diz Miyake. Mas um sistema eficiente que utiliza LEDs, e talvez luz photo voltaic, oferece uma rota económica tentadora para destruir os PFAS, diz ele.

Jinyong Liuengenheiro químico da Universidade da Califórnia, em Riverside, que escreveu um comentário sobre a pesquisa para Naturezachama esses avanços de “emocionantes”. Embora os fotocatalisadores tenham estruturas complicadas e possam não estar imediatamente prontos para aplicação no mundo actual, diz ele, estes dois estudos abrem caminho para tecnologias seguras e de baixo consumo de energia para demolir o PFAS em comparação com a incineração.

Várias tecnologias de baixa temperatura – luz ultravioleta combinada com fotocatalisadores, destruição de plasma e oxidação eletroquímica – também estão sendo ampliadas. “Cada processo à temperatura ambiente tem limitações em termos de que tipo de estrutura PFAS eles podem destruir de forma eficaz”, diz Liu. “Atualmente, esperamos ter um sistema integrado que mix as vantagens de diferentes tecnologias para conseguir a destruição completa do PFAS.”