Disse små, selvsamlende fælder fanger PFAS

University at Buffalo kemikere har vist, at selvsamlende molekylære fælder kan bruges til at fange PFAS - farlige forurenende stoffer, der har forurenet drikkevandsforsyninger rundt om i verden.

Fælderne er lavet af jernbaserede og organiske byggesten, der forbinder, ligesom lego, at danne et tetraedrisk bur. Eksperimenter viste, at disse strukturer binder sig til visse PFAS (en forkortelse for per- og polyfluoralkylstoffer), og en laboratorieanalyse afslørede, hvordan dette sker. Det viser sig, PFAS klæber stærkt til ydersiden af ​​burene i stedet for at blive fanget inde, siger forskere.

Disse indsigter blev beskrevet detaljeret i en undersøgelse udgivet i denne måned og kunne hjælpe videnskabsmænd med at finjustere fælderne på gunstige måder - f.eks. ved at forstørre åbningerne i burene for potentielt at fange andre typer PFAS. Det endelige mål er at bruge sådanne bure - kendt som metallacages - i systemer, der isolerer PFAS fra vand, hvilket kan føre til bedre vandbehandling, eller forbedrede teknikker til påvisning af forurenende stoffer i vand.

"PFAS er yderst stabile og giftige kemikalier, der kan forårsage skadelige menneskers sundhedsvirkninger, " siger Diana Aga, Ph.D., Henry M. Woodburn professor i kemi ved UB College of Arts and Sciences. "Der er stigende beviser, der tyder på sammenhænge mellem eksponering for PFAS og sundhedsskadelige resultater hos mennesker og dyr, med potentielle virkninger, herunder nedsat fødselsvægt, nedsat fertilitet, og øget risiko for diabetes og visse kræftformer, for at nævne et par stykker. Resultaterne i vores nye papir er spændende, fordi de giver bevis for, at de molekylære fælder er effektive sorbenter for nogle PFAS."

"Vi er meget begejstrede for nogle få måder, hvorpå dette arbejde kan udvikle sig, fra at muliggøre detektion af PFAS, som aktuelle analyser kan gå glip af, at ændre burene således, at ud over at binde PFAS, de ødelægger dem også, " siger Timothy Cook, Ph.D., adjunkt i kemi ved UB College of Arts and Sciences.

Cook og Aga ledede undersøgelsen, sammen med Cressa Ria P. Fulong, Ph.D., en nyuddannet Cook -lab, og Mary Grace E. Guardian, en ph.d. kandidat i Agas laboratorium. Alle teammedlemmer ydede vigtige bidrag, med Fulong og Guardian i spidsen for eksperimentelt og analytisk arbejde, der fandt sted i laboratoriet.

Forskningen blev vist på forsiden af ​​tidsskriftets 18. maj-udgave Uorganisk kemi . Cook skabte coverkunsten, som han tegnede i hånden med en fyldepen på papir, derefter digitaliseret og farvelagt. Illustrationen viser molekylære byggesten, der samler sig selv for at danne tetraedriske strukturer, der konvergerer på et PFAS-molekyle.

Fælderne fanger en delmængde af PFAS

PFAS er ikke en enkelt forbindelse; de er en gruppe menneskeskabte kemikalier, der bruges i fødevareemballage, nonstick belægninger, brandskum og andre varer. Fordi forbindelserne ikke nedbrydes let, de forbliver i miljøet i lang tid.

Adskillige undersøgelser har påvist PFAS i drikkevandsforsyninger verden over, herunder et papir, som Aga og kolleger offentliggjorde den 19. maj i tidsskriftet Chemosphere. Dette projekt søgte efter forurenende stoffer i Filippinerne og Thailand og fandt dem i overfladevand, flaskevand og vand fra genopfyldningsstationer. Andre undersøgelser har vist, at PFAS ophobes i folks blod.

Med disse bekymringer i tankerne, Laver mad, Aga, Fulong og Guardian satte sig for at finde ud af, om molekylære bure kunne hjælpe med at fange PFAS.

Forskerne screenede omkring et dusin forskellige typer selvsamlende bure, der indeholder metaller. Fulong syntetiserede burene i Cooks laboratorium, og Guardian brugte avancerede analytiske teknikker i Agas laboratorium til at undersøge, om hver struktur var bindende til PFAS.

Denne proces førte holdet til de jernbaserede bure, som fangede en undergruppe af PFAS med kæder på seks eller flere fluorerede kulstofatomer, herunder perfluorcarboxylsyrer, sulfonsyrer og fluortelomerer.

Næste? Justering af burene for at fange mere PFAS - og måske ødelægge dem

Undersøgelsen giver forskerne ny viden, der kan hjælpe dem med at foretage eksperimentelle forbedringer af burene. Ved at justere burenes byggesten, forskere kunne potentielt skabe strukturer, der binder stærkere til PFAS, svamp yderligere sorter af forurenende stoffer, eller endda ødelægge kemikalierne, siger Cook.

"Jeg har læst rapporter i de populære medier om, at folk forsøger at forbrænde disse PFAS, og det gør måske problemet endnu værre, " siger Cook. "Det sender dem i bund og grund bare op i luften og spreder dem endnu mere. Jeg spekulerer på, om vi kan udvikle bure med elektro- eller fotokemiske egenskaber, der gør dem i stand til at bryde bindingerne i PFAS. "

"Jeg håber, at de molekylære fælder kan designes til potentielt at fange de mest vandopløselige PFAS, der typisk undslipper konventionelle vandbehandlingsteknologier, " siger Aga. "Der er allerede mange sorbenter i brug, såsom aktivt kul, der interagerer med PFAS. Imidlertid, aktivt kul har ikke byggeklodser eller porer, der let kan indstilles - og det er skønheden ved metallacages."