Farvel, for evigt kemikalier:Forskere sigter mod at fjerne PFAS for altid

Et nyt beregningsværktøj udviklet ved Michigan Technological University hjælper med den presserende søgen efter at eliminere de persistente kemikalier kendt som PFAS fra samfundets vandforsyninger.

På grund af deres unikke egenskaber bruges per- og polyfluoralkylstoffer (PFAS) overalt i det daglige liv – lige fra vandafvisende tøj og nonstick køkkengrej til pizzaæsker, skivoks, fastfood-indpakninger og brandslukningsskum.

"PFAS indeholder en meget stærk kulstof-fluorbinding, som ikke let nedbrydes af biologiske aktiviteter," sagde Daisuke Minakata, en lektor i civil-, miljø- og geospatial ingeniørvidenskab. "PFAS kan forblive i miljøet næsten for evigt; derfor kaldes de "de evige kemikalier." De ender med at forurene vores grundvand og overfladevand, vores vandveje og i sidste ende også vores drikkevand og økologiske systemer – inklusive ferskvandsfisk."

Kemiske industrier fremstiller PFAS med forskellige egenskaber til specifikke kommercielle produkter; der er cirka 4.000-5.000 kendte typer. Mens toksikologiske påvirkninger stadig stort set er ukendte, er PFAS potentielt kræftfremkaldende, sagde Minakata. Der er fundet små koncentrationer af PFAS i menneskelige blodbaner. Som følge heraf begyndte staten Michigan og U.S. Environmental Protection Agency (EPA) for nylig at regulere niveauerne af flere typer PFAS under Safe Water Drinking Act.

At reagere på PFAS opdaget i vand er udfordrende for samfund i Michigan og andre steder. "Nogle vandmyndigheder har allerede lokaliseret kilden til PFAS-forurening i deres drikkevand," sagde Minakata. "Det er en start. Men på grund af de budgetmæssige begrænsninger, som mange lokale regeringer står over for, har de simpelthen ikke råd til at anvende avancerede vandbehandlingsteknologier til at fjerne PFAS."

Omkostninger er ikke den eneste barriere. "Lokale vandmyndigheder kæmper for at implementere tilgængelige teknologier til at fjerne PFAS fra vandkilder," sagde Minakata. "Nuværende teknologier - såsom adsorption af granulært aktivt kul og ionbytning - tilbyder kun en faseoverførsel af PFAS fra vand til kulstofmedier, som derefter kræver regenerering og udskiftning." En anden bekymring:"Carbon-baseret adsorption virker for længere kæde PFAS, men de er nu ved at blive udfaset fra markedet," sagde han. "De bliver erstattet af mindre kæde PFAS. De mindre kæde PFAS har færre toksikologiske bekymringer, men de fjernes ikke godt ved adsorption."

Og der er et andet problem. "De fleste tilgængelige afhjælpningsteknologier ødelægger faktisk ikke PFAS," sagde Minakata. "I stedet overfører disse teknologier PFAS fra en fase til en anden. De implementeres bekvemt for at opfylde de nye EPA-regler. Men det vil give bagslag. Medmindre vi fuldstændig ødelægger strukturen af ​​PFAS, er vi nødt til at støde på større, mere grundlæggende problemer."

Minakata mener, at PFAS vil ende i spildevand og perkolat fra lossepladser som følge af de nuværende PFAS-saneringsteknologier, omend i meget lave koncentrationer. "PFAS vil derefter blive transporteret tilbage til miljøet gennem fordampning, atmosfærisk aflejring og biosolider. De genanvendte biosolider kan derefter bruges i landbruget, så PFAS i sidste ende kan forurene fødevareafgrøder," sagde han.

Et nyt beregningsværktøj til avanceret reduktion

Alligevel ser Minakata et lys for enden af ​​PFAS-tunnelen. Hans forskergruppe har for nylig offentliggjort et papir, der beskriver et nyt PFAS-beregningsværktøj, "Reactivities of hydrated electronics with organic compounds in aqueous-phase advanced reduction processes" i Royal Society of Chemistry-tidsskriftet Environmental Science:Water Research &Technology. i>

Minakata og Michigan Tech kandidatstuderende Rose Daily, en National Science Foundation kandidatforsker i miljøteknik, brugte datavidenskab og beregningskemi til at studere hundredvis af strukturelt forskellige organiske kemikalier til at forudsige PFAS-reaktiviteter.

"Vores metoder kan udvides og bruges til at screene tusindvis af PFAS," siger Minakata. "Nøglen er at forstå reaktiviteten af ​​solvatiserede elektroner med organiske kemikalier og PFAS. Med den viden kan du screene et stort antal PFAS-forurenende stoffer og prioritere dem til anvendelse af avancerede reduktionsprocesser for at nedbryde - og forhåbentlig helt ødelægge - PFAS."

Minakatas forskningsresultater kan også bruges til at styrke og forbedre nuværende PFAS-saneringsapplikationer, herunder elektrokemiske oxidationsteknikker.

Fundamental forskning:Reaktivitet af elektroner

"Jeg har studeret oxidationen af ​​organiske forurenende stoffer i vand og spildevand i 20 år," sagde Minakata. "Hver PFAS er meget unik, og mange er oxiderede former; således ødelægger oxidation ikke PFAS godt." Forskere verden over søger nu reduktionsteknologier, der er afhængige af elektroner, sagde han.

"Elektrokemisk reduktion ved hjælp af elektroner er en teknologi med lovende resultater. Forskere arbejder nu på elektrodematerialerne og reaktordesignet for at forbedre effektiviteten til anvendelse i den virkelige verden. Det er her, at min grundlæggende forskning kan give værdifuld information om reaktiviteter af elektroner, der op indtil nu, er ikke blevet godt forstået."

Foreslået fokus:Målret mod de største koncentrationer af PFAS

Få PFAS, hvor det er mest udbredt, siger Minakata. "I stedet for at målrette ekstremt lave koncentrationer af PFAS i vand, bør forskning og afhjælpning identificere og målrette de punkter, hvor PFAS-koncentrationerne er relativt høje," sagde han. "Det ville være en meget bedre måde at ødelægge PFAS til en overkommelig pris, effektivt og effektivt."

Dernæst planlægger Minakata og hans samarbejdspartnere at studere den fysiske distribution af PFAS. "Vi vil gå om at finde PFAS-hotspots - steder, hvor vi kan anvende disse lovende teknologier - for at ødelægge store mængder PFAS på én gang."

PFAS præsenterer miljømæssige retfærdighedsspørgsmål, bemærkede Minakata, hvis forskning på dette område er delvist støttet af Central Chemicals. "I stedet for at dække over PFAS-problemer, som at lægge små bandadier på alvorlige skader, må vi miljøingeniører tackle og løse det grundlæggende problem med PFAS i samarbejde med forskere, industrier, samfund og politiske beslutningstagere," sagde han. + Udforsk yderligere

De fleste ansigtsmasker udsætter ikke brugere for skadelige niveauer af PFAS, siger undersøgelse