Wieczne chemikalia już nie takie wieczne? Naukowcy opracowali zaskakująco prostą metodę rozkładu
PFAS to wieczne chemikalia, które od dekad spędzają naukowcom sen z powiek. Wszystko dzięki niezwykle silnym wiązaniom między cząsteczkami, które uniemożliwiają rozkład substancji i sprawiają, że PFAS są w wiecznym obiegu w środowisku. Jednak brytyjscy naukowcy znaleźli piętę achillesową PFAS, dzięki której możliwy jest prosty i tani rozkład tych syntetycznych związków chemicznych.
PFAS - związki per- i polifluoroalkilowe, zwane popularnie "wiecznymi chemikaliami" to syntetyczne związki chemiczne, które nie ulegają naturalnemu rozkładowi. Będąc ważnym elementem przemysłu, PFAS stały się jednocześnie zagrożeniem dla środowiska naturalnego i zdrowia ludzkiego. PFAS już teraz sprawiły, że woda deszczowa w skali globalnej nie nadaje się do picia, a według naukowców wieczne chemikalia są współcześnie jednym z głównych winowajców raka wątroby.
Jednak uczeni z brytyjskiego Northwestern University widzą szansę na spowolnienie zanieczyszczenia PFAS. 19 sierpnia opublikowali oni pracę badawczą, w której opisują prosty sposób rozkładu wiecznych chemikaliów. Metoda opracowana przez naukowców rozkłada PFAS w niezbyt wysokich temperaturach i przy użyciu niedrogich odczynników, jednocześnie pozostawiając po sobie jedynie nieszkodliwe cząsteczki zawierające węgiel i jony fluorkowe.
PFAS - wieczne chemikalia i wieczne zagrożenie
Związki per- i polifluoroalkilowe (PFAS) to syntetyczne związki chemiczne. Cechą charakterystyczną ich cząsteczek są cząsteczki fluoru przyłączone do łańcucha alkilowego. Łańcuchy w cząsteczkach substancji zaliczanych do PFAS są długie, a wiązania węgiel-fluor są na tyle silne, że nie tylko są niemożliwe do rozkładu w warunkach naturalnych, ale i w warunkach laboratoryjnych od dekad naukowcy nie byli w stanie poradzić sobie z rozłożeniem ich. Dzięki obecnie stosowanym metodom, przy odpowiednio wysokiej temperaturze, PFAS ulegają rozkładowi. Jednakże procedura jest kosztowna i grozi dalszym rozprzestrzenianiem się zanieczyszczeń.
PFAS najwięcej zastosowań mają w przemyśle, a konkretnie jako składnik używany w produkcji plamo i wodoodpornych materiałów, produktów czyszczących, farb czy pian gaśnicznych. Niektóre PFAS są dopuszczone przy produkcji narzędzi kuchennych, naczyń do przechowywania jedzenia i urządzeń do gotowania.
Liczbę związków zaliczanych do PFAS szacuje się na około 4730 różnych związków zawierających przynajmniej jedną grupę perfluoroalkilową CnF2n
Wieczne chemikalia będą ulegać rozkładowi? Zdaniem naukowców, to możliwe
Na razie metoda opracowana przez brytyjczyków jest w stanie rozłożyć tylko jedną grupę związków chemicznych należących do PFAS - PFCA zawierające kwasy karboksylowe oraz kwas perfluorooktanowy (PFOA).
Zespół uczonych pod przewodnictwem doktor Brittany Trang i przetestował swoją niskoenergetyczną metodę na cząsteczkach PFCA o różnej długości łańcucha. Badaczom udało się rozbić 10 z nich. Ich technika polegała na podgrzaniu "głowy cząsteczki" w sulfotlenku dimetylu nietypowym rozpuszczalniku do niszczenia PFAS - z wodorotlenkiem sodu, powszechnie stosowanym odczynnikiem. Poddane działaniu wysokiej temperatury, cząsteczki PFCA zaczęły "wypluwać" atomy fluoru, tworząc fluorki, które są najbezpieczniejszą formą fluoru.
"Chociaż wiązania węgiel-fluor są super mocne, to ta naładowana "głowa cząsteczki" jest jej piętą achillesową"
- powiedział William Dichtel, profesor chemii na Northwestern University i współautor badania
Naukowcy przeprowadzili również symulacje komputerowe w celu odtworzenia kaskady złożonych reakcji chemicznych i potwierdzenia, że produkty uboczne ich metody są nieszkodliwe. Pomyślnie przeprowadzona symulacja sprawiła, że zespół nabrał pewności co do swojej metody. Bowiem po zdestabilizowaniu, cząsteczki zostały pozbawione prawie wszystkich atomów fluoru. A to z kolei pozwoliło pokonać główny problem rozkładu PFAS: silne wiązania węgiel-fluor.
Kolejny etap badań wstępnie wykazuje, że przełomowa metoda może działać również w przypadku innej, nowej grupy syntetycznych substancji - GenX, które opracowano jako zamienniki dla PFAS.
"Nasza praca dotyczyła jednej z największych grup PFAS, w tym wielu, które budzą nasze największe niepokoje. Są inne grupy, które nie mają tej samej pięty achillesowej, ale każda z nich będzie miała swój słaby punkt. Jeśli możemy go zidentyfikować, wtedy będziemy wiedzieć jak go aktywować, aby go zniszczyć."
- powiedział William Dichtel