Odpadowe "wieczne chemikalia" można przekształcić w przydatne substancje

Substancje per- i polifluoroalkilowe (PFAS) to tysiące powszechnie stosowanych związków chemicznych. Potoczne określenie "wieczne chemikalia" zwraca uwagę na fakt, że są one odporne na rozkład w naturalnych warunkach i gromadzą się w środowisku oraz w organizmach żywych – w tym także w organizmie człowieka. Trwałość PFAS wynika z silnych wiązań węgiel-fluor w ich cząsteczce.

PFAS są szeroko stosowane w produkcji naczyń, tkanin, odzieży, opakowań do żywności, artykułów gospodarstwa domowego, materiałów izolacyjnych czy kosmetyków (często są nawet w papierze toaletowym). Wyniki wcześniejszych badań wskazują, że mogą być one powodem problemów zdrowotnych, takich jak uszkodzenie wątroby, choroby tarczycy, otyłość, problemy z płodnością i nowotwory. Tradycyjne metody usuwania PFAS, takie jak spalanie lub składowanie, nie są skuteczne w rozkładaniu tych związków, co prowadzi do długotrwałego skażenia środowiska.

Zespół prof. Masato Ohashiego i adiunkta Kenichi Michigami z Graduate School of Science na Osaka Metropolitan University z powodzeniem zsyntetyzował ligandy zwane N-heterocyklicznymi karbenami (NHC) z grupami polifluorowanymi wykorzystując perfluoroalkeny – odmianę PFAS.

NHC opracowane w tym badaniu odgrywają znaczącą rolę w stabilizowaniu niestabilnych cząsteczek, a także poprawianiu działania ich kompleksów z metalami przejściowymi.

Synteza fluorowanych NHC została osiągnięta w sposób niezbyt skomplikowany - poprzez usunięcie dwóch atomów fluoru z 1,2-difluoroalkenu. Dzięki niewielkim rozmiarom atomów fluoru zdolność ligandu NHC do przyjmowania elektronów można zwiększyć bez zasadniczej zmiany jego właściwości przestrzennych.

"Nasze wyniki umożliwiają łatwą transformację szkodliwych PFAS w funkcjonalne NHC" – wyjaśnił dr Michigami, jeden z autorów publikacji (DOI: 10.1021/jacs.3c06331). - "Wszechstronne zastosowania fluorowanych NHC wykazują potencjalne korzyści w różnych dziedzinach, takich jak chemia fluoru, chemia metaloorganiczna, chemia katalityczna i materiałoznawstwo".

Jedną z technologii, pozwalających przekształcić PFAS w przydatne związki, jest utlenianie elektrochemiczne, które wykorzystuje prąd elektryczny do rozbicia cząsteczek PFAS na dwutlenek węgla i jony fluorkowe, które są mniej szkodliwe i łatwiejsze do wykorzystania.

Innym podejściem jest obróbka termiczna, podczas której PFAS poddaje się działaniu wysokich temperatur w celu rozbicia ich struktury chemicznej. Ta metoda może przekształcić PFAS w dwutlenek węgla, wodę i inne produkty uboczne.

Ponadto naukowcy badają potencjał wykorzystania PFAS jako źródła cennych materiałów. Na przykład PFAS można przekształcić w gazowy fluor, który ma różne zastosowania przemysłowe. Pomaga to nie tylko w odzyskiwaniu zasobów, ale także zmniejsza zapotrzebowanie na nową produkcję fluoru, która też może mieć swój wpływ na środowisko.(PAP)

Autor: Paweł Wernicki

pmw/ zan/