Distruggere efficacemente i PFAS a catena corta
Il team dell'UFZ sviluppa un processo per la rimozione dell'acido perfluorobutanoico dall'acqua
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I composti alchilici perfluorurati e polifluorurati a catena corta (PFAS), come l'acido perfluorobutanoico (PFBA), vengono sempre più rilasciati nell'ambiente attraverso varie vie e inquinano le acque sotterranee e l'acqua potabile. Essendo molto mobili, sono stati finora molto difficili da rimuovere. Un team di ricerca del Centro Helmholtz per la ricerca ambientale (UFZ) ha ora sviluppato una nuova tecnologia che utilizza un processo elettrochimico a due fasi. Come scrivono i ricercatori dell'UFZ nel Chemical Engineering Journal, il nuovo processo è più ecologico e consuma meno energia.
Nel corso del processo UFZ, i PFAS vengono prima separati e arricchiti mediante elettrosorbimento (fase 1) e poi distrutti mediante elettroossidazione (fase 2). Ciò che rimane è principalmente CO2 e fluoruro.
Susan Walter-Pantzer / UFZ
Attualmente esistono circa 10.000 sostanze PFAS, di cui 4.000-5.000 sono utilizzate a livello industriale - nella produzione di abbigliamento per esterni, imballaggi per alimenti, pentole, cosmetici e molto altro. Numerosi PFAS, ad esempio nelle schiume antincendio, vengono rilasciati nell'ambiente e si degradano molto lentamente o non si degradano affatto. Rappresentano un rischio per la salute umana in quanto influenzano il metabolismo, l'equilibrio ormonale, la riproduzione e il sistema immunitario e sono sospettati di essere cancerogeni. Numerosi PFAS con lunghe catene di carbonio sono quindi già stati regolamentati dalla Convenzione di Stoccolma, il che significa che la loro produzione e il loro utilizzo sono vietati o limitati. Di conseguenza, l'industria li ha sempre più sostituiti con PFAS a catena corta, con il risultato che i PFAS a catena corta, come l'acido perfluorobutanoico (PFBA), vengono sempre più spesso rilevati nell'ambiente. Il PFBA ha solo quattro atomi di carbonio e un gruppo carbossilico all'estremità della molecola, che attrae fortemente l'acqua. "Per questo motivo il PFBA si scioglie molto bene in acqua ed è molto mobile. È quindi difficile rimuovere il PFBA dall'acqua con i metodi convenzionali, come l'adsorbimento su carbone attivo", spiega la dottoressa Anett Georgi, chimica e autrice dell'UFZ.
Per eliminare il PFBA dall'acqua, il team di ricerca dell'UFZ ha sviluppato un processo di purificazione elettrochimica in due fasi in cui il PFBA viene prima arricchito e poi distrutto. Ecco come funziona: Nella prima fase, grandi quantità di acqua contenente PFBA vengono fatte passare attraverso una cella a flusso continuo con un elettrodo costituito da un vello di fibra di carbone attivo simile a un tessuto che utilizza l'elettroadsorbimento. Questo diventa leggermente carico positivamente. "Di conseguenza, il PFBA con carica negativa si deposita sulla superficie del carbone attivo", spiega l'autore principale e ingegnere ambientale dell'UFZ Navid Saeidi. Invertendo la polarità della tensione, il PFBA viene nuovamente rilasciato dalla superficie, risciacquato con un piccolo volume d'acqua e raccolto come concentrato. La concentrazione di PFBA può essere aumentata fino a 40 volte. Questo arricchimento può essere ripetuto più volte utilizzando una disposizione a cascata di celle di elettroassorbimento. Nella seconda fase del processo, il PFBA viene distrutto per elettro-ossidazione su un elettrodo di diamante drogato di boro, ossia per purificazione chimica dell'acqua, innescata da una corrente elettrica. L'anodo ha un forte effetto ossidante e provoca la decomposizione del PFBA. Il principale prodotto di decomposizione che rimane è il fluoruro, facile da separare.
"Tutte le fasi possono essere eseguite in loco, il che riduce i costi di trasporto e l'energia richiesta è bassa", afferma Anett Georgi, citando due vantaggi del processo. Poiché l'adsorbimento del PFBA è controllato mediante l'applicazione di una tensione elettrica, il vello di adsorbimento fatto di carbone attivo può essere rigenerato più volte e può quindi essere utilizzato più volte, a differenza di altri processi in cui il carbone attivo arricchito di PFAS deve essere smaltito in impianti di incenerimento dei rifiuti o deve essere riciclato con un grande dispendio energetico. "In questo modo non solo si preservano le risorse fossili, ma si riduce anche il consumo di CO2, dato che il carbone attivo è spesso ottenuto dal carbone fossile e viene importato principalmente dall'Asia", aggiunge Anett Georgi.
Gli scienziati dell'UFZ intravedono potenziali applicazioni per il loro processo, per il quale è già stata depositata una domanda di brevetto, soprattutto nei casi in cui è necessario rimuovere i PFAS dai flussi di acque reflue municipali e industriali, ad esempio negli aeroporti, dove le acque sotterranee sono contaminate da PFAS a catena corta e lunga a causa dell'uso di schiume antincendio. "Poiché gli operatori devono rispettare limiti sempre più severi per i PFAS, c'è bisogno di tecnologie più efficienti e sostenibili per la loro rimozione che siano affidabili, ecologiche e convenienti come il nostro metodo. Potrebbe integrare i classici adsorbitori a carbone attivo per la contaminazione da PFAS complessi e catturare i PFAS a catena corta", afferma la coautrice e chimica dell'UFZ Katrin Mackenzie. Ciò significherebbe un tempo di funzionamento significativamente più lungo e quindi un risparmio sui costi dell'intera unità di adsorbimento".
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