Pesquisadores da Rice University desenvolveram um método inovador para remover e destruir PFAS, ou “produtos químicos eternos”, dos sistemas de água.
- O processo usa aquecimento instantâneo por joule para mineralizar PFAS, convertendo-os em sais de flúor inertes e reciclando carbono residual em grafeno de alto valor.
- Esta abordagem inovadora oferece uma solução econômica, escalável e ecologicamente correta para um problema global urgente.
- Enquanto isso, cientistas em Tóquio estão explorando materiais sustentáveis à base de carbono e destilação por membrana para remover PFAS, mostrando avanços promissores na tecnologia de purificação de água.
Um novo amanhecer na batalha contra os ‘Produtos Químicos Eternos’
Em um mundo cada vez mais assolado pela presença generalizada de substâncias perfluoroalquílicas e polifluoroalquílicas (PFAS), comumente conhecidas como “substâncias químicas eternas”, uma equipe de pesquisadores da Rice University revelou um método revolucionário para combater essa ameaça ambiental. Publicado na revista Nature Water em 31 de março, o estudo demonstra uma nova abordagem que não apenas elimina as PFAS dos sistemas hídricos, mas também transforma resíduos em grafeno valioso, oferecendo uma solução sustentável e economicamente viável para um problema que há muito tempo escapava de uma remediação eficaz.
PFAS, um grupo de compostos sintéticos valorizados por sua resistência ao calor, à água e ao óleo, infiltraram-se em sistemas de água doce em todo o mundo, representando riscos significativos à saúde, incluindo câncer e distúrbios no sistema imunológico. Os métodos tradicionais de descarte de PFAS, como incineração e aterro, são caros, consomem muita energia e frequentemente geram poluentes secundários, agravando o impacto ambiental.
Aquecimento Flash Joule: uma solução revolucionária
A equipe de pesquisa da Rice University, liderada por James Tour, professor de Química da TT e WF Chao e professor de ciência dos materiais e nanoengenharia, e pela aluna de pós-graduação Phelecia Scotland, utilizou aquecimento por efeito joule (FJH) para enfrentar esses desafios. Combinando carvão ativado granular (CAG) saturado com PFAS e agentes mineralizantes como sais de sódio ou cálcio, os pesquisadores aplicaram alta voltagem para gerar temperaturas superiores a 3.000 graus Celsius em menos de um segundo.
Principais conclusões:
- O calor intenso quebra as fortes ligações carbono-flúor nos PFAS, convertendo-os em sais de flúor inertes e não tóxicos.
- O processo atinge mais de 96% de eficiência de desfluoração e 99,98% de remoção de ácido perfluorooctanoico (PFOA), um dos poluentes PFAS mais comuns.
- Testes analíticos confirmaram que a reação produziu quantidades indetectáveis de fluoretos orgânicos voláteis nocivos, um subproduto comum de outros tratamentos com PFAS.
Transformando resíduos em um recurso
Simultaneamente, o carbono gasto é reciclado em grafeno flash, um material de alto valor usado em indústrias que vão da eletrônica à construção civil. Essa abordagem de dupla finalidade não apenas elimina produtos químicos perigosos, mas também transforma resíduos em recursos, compensando os custos de tratamento em US$ 60 a US$ 100 por kg.
As implicações desta pesquisa vão além do PFOA e do ácido perfluorooctanossulfônico (PFOS), os dois PFAS mais estudados. As altas temperaturas alcançadas durante o FJH sugerem que este método pode degradar uma ampla gama de compostos de PFAS, abrindo caminho para aplicações mais amplas no tratamento de água e na gestão de resíduos. À medida que as preocupações com a contaminação por PFAS continuam a crescer, este avanço oferece esperança para a salvaguarda da qualidade da água e a proteção da saúde pública em todo o mundo.
Benefícios ambientais e econômicos:
- O método não utiliza solventes nem catalisadores, reduzindo substancialmente o uso de energia, as emissões de gases de efeito estufa e o desperdício secundário.
- Uma avaliação técnico-econômica destaca sua escalabilidade e benefícios ambientais, oferecendo uma solução rápida (~1 segundo) e econômica para remediação de PFAS.
Soluções sustentáveis baseadas em carbono em Tóquio
Em um desenvolvimento paralelo, pesquisadores do Instituto de Ciência de Tóquio estão explorando materiais sustentáveis à base de carbono e destilação por membrana (DM) para remover PFAS da água. Liderada pelo Professor Associado Toshihiro Isobe, do Departamento de Ciência dos Materiais, e pelo Professor Associado Manabu Fujii, do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, a equipe desenvolveu um novo método adsorvente e de destilação por membrana para purificar água contaminada com PFAS.
Os pesquisadores utilizaram lignina, um subproduto da indústria de celulose e papel, e glicose, uma molécula de açúcar comum, como fontes de carbono para desenvolver suas tecnologias de remoção de PFAS. O método MD, combinando destilação e separação por membrana, rejeita efetivamente o PFAS, permitindo que apenas o vapor de água passe pela membrana de separação hidrofóbica e porosa à base de carbono. Análises experimentais mostraram que a água contaminada simulada, contendo PFOS em uma concentração de cerca de 500 ng/L, foi reduzida para cerca de 3 ng/L após o tratamento MD, bem abaixo dos padrões ambientais globais. Os pesquisadores também descobriram que quantidades mínimas de carvão ativado, tratado com cloreto de zinco, poderiam remover até 99% do PFAS em 10 minutos. A Isobe delineou planos para aprimorar o método de purificação MD, migrando para um método de aquecimento solar, com o objetivo de desenvolver um sistema sem eletricidade que não dependa de aquecedores.
Enquanto o mundo enfrenta os desafios impostos pela contaminação por PFAS, essas abordagens inovadoras oferecem um vislumbre de esperança. Estudos da Rice University e do Instituto de Ciências de Tóquio destacam o potencial de tecnologias de ponta para transformar resíduos em recursos valiosos e purificar a água de forma sustentável.