Filtro PFAS da un mulino a sfere
Un team di ricercatori sta sviluppando un materiale ecologico che potrebbe aiutare a rimuovere queste "sostanze chimiche per sempre"
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I PFAS sono composti fluorurati presenti in molti prodotti di uso quotidiano, come l'abbigliamento da esterno e le pentole come il Teflon. Questo perché i PFAS sono durevoli, resistenti al calore e repellenti allo sporco. Proprio la loro stabilità è all'origine dei problemi: sebbene potenzialmente dannose per la nostra salute, queste sostanze sono scarsamente degradate nell'ambiente e sono considerate "sostanze chimiche per sempre". I PFAS si trovano anche nelle acque reflue. Sebbene possano essere rimossi tramite filtrazione, si tratta di un processo laborioso. Un team guidato dall'Istituto federale per la ricerca e il collaudo dei materiali (BAM) ha ora sviluppato un nuovo materiale filtrante basato su una tecnica di produzione insolita. Per ottimizzare il processo sono stati condotti esperimenti cruciali presso la sorgente di raggi X PETRA III di DESY. Il gruppo di lavoro presenta i suoi risultati nella rivista Small.
I candidati per questo nuovo materiale filtrante sono noti come "strutture organiche covalenti". I pori di questi COF hanno una dimensione di pochi nanometri, per cui le molecole di PFAS rimangono letteralmente bloccate al loro interno. Le impalcature su scala nanometrica possono essere prodotte con una tecnica originale, macinandole in uno speciale tipo di mulino. In laboratorio utilizziamo un piccolo cilindro di plastica delle dimensioni di un contenitore di pellicola", spiega Franziska Emmerling, ricercatrice del BAM. In questo cilindro mettiamo un po' di polvere, una goccia di solvente e due sfere d'acciaio, ognuna delle quali ha le dimensioni di un granello di pepe".
Un dispositivo speciale scuote questo mulino a sfere più di 30 volte al secondo, per cui il suo contenuto viene macinato. Inizialmente, i granuli di polvere diventano più piccoli, il che aumenta la loro superficie. Dopo qualche minuto, il calore di attrito, l'aumento della pressione e l'energia cinetica innescano una reazione chimica. Le particelle finemente macinate si combinano per formare strutture più grandi, impalcature che possono fungere da filtro. Questo ramo poco conosciuto della produzione chimica è noto come meccanochimica.
In realtà si tratta di una storia piuttosto vecchia. Probabilmente la meccanochimica svolgeva un ruolo già nell'antichità", spiega il fisico del DESY Martin Etter. Le prime sostanze farmaceutiche per i farmaci sono state presumibilmente rilasciate o addirittura formate in reazioni chimiche quando la materia vegetale veniva macinata in un mortaio". Oggi i processi meccanochimici sono utilizzati nell'industria per sintetizzare farmaci, catalizzatori e materiali funzionali. Poiché di solito non necessitano di grandi quantità di solventi tossici e richiedono relativamente poca energia, questi metodi sono considerati sostenibili e rispettosi dell'ambiente.
Ma qual è il modo più efficace per produrre le strutture filtranti utilizzando un mulino a sfere? Per scoprirlo, il gruppo di ricerca di Amburgo ha studiato il processo utilizzando il fascio di raggi X focalizzato ad alta intensità prodotto da PETRA III. Mentre il mulino era in funzione, il fascio ha scansionato il suo contenuto ogni dieci secondi ed è stato in grado di determinare la struttura dei cristalli. Il modello prodotto dai due materiali di partenza nel nostro rivelatore è diverso da quello del prodotto chimico formato dalla reazione chimica", spiega Etter. Siamo stati in grado di osservare, in tempo reale, come i modelli delle due sostanze chimiche di partenza diventassero sempre più deboli, mentre allo stesso tempo iniziava a comparire il modello della nuova sostanza chimica, quello delle strutture a struttura".
Per identificare i parametri ottimali del processo, il team ha variato una serie di fattori, tra cui la frequenza di agitazione del mulino a sfere e la quantità di solvente aggiunto. I risultati hanno mostrato che le impalcature migliori sono state ottenute con una frequenza di 36 hertz, utilizzando 266 milligrammi di polvere e aggiungendo 250 microlitri di solvente - poche gocce. A differenza di altre strutture a telaio già utilizzate come filtri, il nuovo materiale non contiene metalli pesanti e sarebbe quindi più rispettoso dell'ambiente.
Anche se non è ancora chiaro come i potenziali filtri PFAS potrebbero essere prodotti su scala industriale, Martin Etter ha già qualche idea su dove potrebbero essere utilizzati. Negli impianti di trattamento delle acque reflue delle aziende che producono sostanze chimiche PFAS, per esempio", dice il fisico. E forse un giorno potrebbero anche essere integrati nei comuni rubinetti per filtrare l'acqua potabile".
La ricerca sulla meccanochimica continuerà al DESY. Gli esperti nutrono grandi speranze per PETRA IV, il successore previsto dell'attuale sorgente di raggi X. PETRA IV fornirà un fascio di raggi X significativamente più fine e collimato, che dovrebbe accelerare notevolmente le misurazioni. Ciò significa che non saremo in grado di scattare solo un'immagine ogni dieci secondi, ma forse dieci immagini al secondo", afferma Etter con entusiasmo. E questo ci permetterebbe, ad esempio, di osservare processi chimici che avvengono molto rapidamente e in cui si formano strutture intermedie di breve durata".
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Maroof Arshadul Hoque, Thomas Sommerfeld, Jan Lisec, Prasenjit Das, Carsten Prinz, Christian Heinekamp, Tomislav Stolar, Martin Etter, David Rosenberger, Janine George, Biswajit Bhattacharya, Franziska Emmerling; "Mechanochemically Synthesized Covalent Organic Framework Effectively Captures PFAS Contaminants"; Small, 2025-9-18
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