PFAS’ı sudan uzaklaştırmak için daha iyi adsorbanlar tasarlamak

Tohoku Üniversitesi araştırmacıları tarafından yapılan bir inceleme, PFAS’ı sudan uzaklaştırmak için daha etkili malzemelerin geliştirilmesine rehberlik edebilecek temel moleküler özellikleri tanımlıyor. Çalışma dergide yayınlandı ACS Malzemeleri Au.

Per- ve polifloroalkil maddeler (PFAS), yarı iletken imalatı ve yangınla mücadeleden tekstil ve gıda ambalajına kadar çok çeşitli endüstrilerde kullanılmaktadır. Kimyasal stabiliteleri ve suyu ve yağı itme yetenekleri onları birçok uygulamada faydalı kılar. Ancak bazı PFAS’ların sağlık üzerindeki potansiyel etkilerine ilişkin endişeler, bu kimyasalların sudan uzaklaştırılması için etkili yollara olan ihtiyacı artırmıştır.

Umut verici bir yaklaşım, PFAS moleküllerinin adsorban adı verilen bir malzemenin yüzeyine bağlandığı adsorpsiyondur. Araştırmacılar, bu malzemeleri belirli PFAS molekülleriyle etkileşime girecek şekilde uyarlayarak, bu kalıcı kimyasalları sudan yakalama yeteneklerini geliştirmeyi amaçlıyor.

Tohoku Üniversitesi Gelişmiş Malzemeler için Multidisipliner Araştırma Enstitüsü’nde doçent olan Kouki Oka liderliğindeki bir araştırma ekibi, PFAS adsorpsiyonundaki mevcut araştırma ve gelişmeleri gözden geçirdi. İnceleme, Avrupa Birliği (AB) ve Kanada’daki düzenleyici ve izleme çerçeveleri kapsamındaki diğer PFAS’ların yanı sıra perflorooktansülfonik asit (PFOS) ve perflorooktanoik asit (PFOA) dahil olmak üzere iyi çalışılmış bileşikleri inceliyor. Ekip, daha geniş bir PFAS yelpazesini hedef alabilecek yüksek performanslı adsorbanlar tasarlamaya yönelik temel ilkeleri belirliyor.

PFAS moleküllerinin farklı kısımlarını hedefleme

Merkezi bir bulgu, etkili adsorban tasarımının bir PFAS molekülünün farklı parçalarının anlaşılmasını gerektirmesidir. Örneğin PFOS ve PFOA’nın her biri bir florlu karbon zinciri ve tipik olarak sulu ortamlarda yüklenen bir terminal grubu içerir. Bu parçalar farklı kimyasal özelliklere sahiptir ve adsorban malzemelerle farklı şekillerde etkileşime girebilir.

Araştırmacılar, bu farklı yapısal özelliklerle güçlü bir şekilde etkileşime giren malzemeler tasarlayarak adsorpsiyon performansını geliştirebilirler. Bir PFAS molekülünü tek bir hedef olarak ele almak yerine, bu yaklaşım, uygun adsorbanların seçimine ve tasarımına rehberlik edecek bireysel bileşenlerini dikkate alır.

Oka, “Düzenlemeye tabi PFAS aralığı genişlemeye devam ettikçe, bu bileşiklerin daha geniş bir çeşitliliğini etkili bir şekilde hedefleyebilecek adsorbanlara ihtiyacımız var. PFAS moleküllerinin farklı parçalarının adsorban malzemelerle nasıl etkileşime girdiğini anlayarak, daha etkili uzaklaştırma teknolojileri geliştirmek için daha net tasarım ilkeleri oluşturabiliriz” diyor.

Düzenlemelerin genişletilmesi tedavi taleplerini artırıyor

Hükümetler PFAS izleme ve düzenlemelerini genişlettikçe bu tür malzemelere olan ihtiyaç da artıyor. AB’de içme suyu standartları, 20 PFAS’lık birleşik konsantrasyon için litre başına 100 nanogram (ng/L) sınırı belirlemektedir. AB ayrıca yüzey sularındaki 25 PFAS için çevre kalite standartları oluşturmuştur; bu standartlar, toksisitedeki farklılıkları hesaba katmak amacıyla PFOA eşdeğerleri olarak ifade edilen yıllık ortalama 4,4 ng/L limittir. Kanada, 25 PFAS’ın birleşik konsantrasyonu için 30 ng/L’lik bir hedef belirlemiştir.

Daha fazla PFAS düzenleyici incelemeye girdikçe, giderme teknolojilerinin daha geniş bir yelpazedeki moleküler yapıları ele alması gerekecektir. Bu incelemede özetlenen tasarım ilkeleri, farklı PFAS’lara uygun adsorbanlar geliştirmek, potansiyel olarak su arıtmayı iyileştirmek ve endüstrilerin bu kalıcı kimyasalları yönetmesine yardımcı olmak için bir temel sağlar.

Araştırma ekibinin bir sonraki adımı, bu ilkeleri belirli PFAS için tasarlanmış daha yüksek performanslı adsorbanların geliştirilmesine uygulamaktır.