Os investigadores da Universidade de Rice desenvolveram uma solução inovadora para um desafio ambiental premente: remover e destruir substâncias per e polifluoroalquílicas (PFAS), vulgarmente designadas por “químicos para sempre”.
Um estudo liderado por James Tour, Professor de Química T.T. e W.F. Chao e professor de ciência dos materiais e nanoengenharia, e pela estudante de pós-graduação Phelecia Scotland revela um método que não só elimina as PFAS dos sistemas de água, como também transforma os resíduos em grafeno de alto valor, oferecendo uma abordagem económica e sustentável para a remediação ambiental. Esta investigação foi publicada na revista Nature Water.
Os PFAS são compostos sintéticos presentes em vários produtos de consumo, valorizados pela sua resistência ao calor, à água e ao óleo. No entanto, a sua estabilidade química tornou-os persistentes no ambiente, contaminando as reservas de água e apresentando riscos significativos para a saúde, incluindo cancro e perturbações do sistema imunitário.
Os métodos tradicionais de eliminação de PFAS são dispendiosos, consomem muita energia e geram frequentemente poluentes secundários, o que leva à necessidade de soluções inovadoras que sejam mais eficientes e amigas do ambiente.
“O nosso método não se limita a destruir estes produtos químicos perigosos; transforma os resíduos em algo de valor”, afirmou Tour. “Ao transformar o carbono usado em grafeno, criámos um processo que não só é benéfico para o ambiente, como também é economicamente viável, ajudando a compensar os custos da remediação.”
O processo da equipa de investigação utiliza o aquecimento por joule flash (FJH) para enfrentar estes desafios. Combinando carvão ativado granular (GAC) saturado com PFAS e agentes mineralizadores como sais de sódio ou cálcio, os investigadores aplicaram uma alta tensão para gerar temperaturas superiores a 3000 graus Celsius em menos de um segundo. O calor intenso quebra as fortes ligações carbono-flúor dos PFAS, convertendo-os em sais de flúor inertes e não tóxicos. Simultaneamente, o CAG é reciclado em grafeno, um material valioso utilizado em indústrias que vão da eletrónica à construção.
Os resultados da investigação produziram uma eficiência de desfluoração superior a 96% e uma remoção de 99,98% do ácido perfluorooctanóico (PFOA), um dos poluentes PFAS mais comuns. Os testes analíticos confirmaram que a reação produziu quantidades indetectáveis de fluoretos orgânicos voláteis nocivos, um subproduto comum de outros tratamentos de PFAS. O método também elimina os resíduos secundários associados aos métodos tradicionais de eliminação, como a incineração ou a adição de carbono gasto aos aterros.
“Esta abordagem de dupla finalidade é um divisor de águas”, disse Scotland. “Transforma os resíduos num recurso, ao mesmo tempo que fornece uma solução escalável e económica para uma questão ambiental urgente.”
As implicações desta investigação vão além do PFOA e do ácido perfluorooctanossulfónico, os dois PFAS mais estudados; funciona mesmo no tipo de PFAS mais recalcitrante, o Teflon R. As altas temperaturas atingidas durante a FJH sugerem que este método pode degradar uma vasta gama de compostos PFAS, abrindo caminho para aplicações mais amplas de tratamento de água e gestão de resíduos. O processo FJH também pode ser adaptado para produzir outros materiais valiosos à base de carbono, incluindo nanotubos de carbono e nanodiamantes, aumentando ainda mais a sua versatilidade e apelo económico.
“Com a sua promessa de custo líquido zero, escalabilidade e benefícios ambientais, o nosso método representa um passo em frente na luta contra os químicos eternos”, disse Scotland. “À medida que as preocupações com a contaminação por PFAS continuam a crescer, este avanço oferece esperança para salvaguardar a qualidade da água e proteger a saúde pública em todo o mundo.”
Nota:
Os co-autores do estudo da Rice incluem Kevin Wyss, Yi Cheng, Lucas Eddy, Jacob Beckham, Justin Sharp, Tengda Si, Bing Deng e Michael Wong do Departamento de Química; Youngkun Chung, Bo Wang e Juan Donoso do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular; Chi Hun Choi, Yimo Han, Boris Yakobson e Yufeng Zhao do Departamento de Ciência dos Materiais e NanoEngenharia; e Yu-Yi Shen e Mason Tomson do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental. Outros co-autores são Sarah Grace Zetterholm e Christopher Griggs do Centro de Investigação e Desenvolvimento de Engenheiros do Exército dos EUA.
A investigação foi financiada pelo Gabinete de Investigação Científica da Força Aérea, pelo Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA, pelo Programa de Bolsas de Investigação para Graduados da National Science Foundation, pela Bolsa de Estudo Stauffer-Rothwell e pela Bolsa de Estudo da Rice Academy.
