Süreç, PFAS moleküllerinin boyutunu iki katına çıkararak onların yok edilmesini kolaylaştırır

Bir kimyagerden organik kimyadaki en güçlü tek bağın adını vermesini isteyin, muhtemelen karbon-flor diyecektir. Per- ve polifloroalkil maddelere (PFAS) takma adını veren, düzinelerce kez tekrarlanan bu bağdır: sonsuza kadar kimyasallar. Üreticiler, düzenleyicilerin onlardan korkmasıyla aynı nedenden dolayı PFAS’a değer veriyor. Bağlar zar zor parçalanıyor; bu nedenle bileşikler, yarı iletken imalattan yapışmaz pişirme kaplarına kadar her şeyde su, yağ ve ısıyı itme konusunda bu kadar iyi. PFAS’ın endüstriyel amaçlarına hizmet ettikten sonra bile toprakta, suda ve canlı dokuda varlığını sürdürmesinin nedeni de budur.

Susanna Maisto, beşinci sınıf doktora öğrencisi. Profesör John Fortner’ın Yale Üniversitesi Kimya ve Çevre Mühendisliği Bölümü’ndeki laboratuvarındaki öğrencisi, doktorasını, molekülleri yeniden tasarlayarak PFAS’ı kaynağından uzaklaştırmanın, nokta kaynak tedavisi adı verilen bir yolunu bulmaya odakladı. 24 Temmuz’da “Sulu Perflorokarboksilik Asitler için Yeni Bir Tedavi Paradigması Olarak Esterifikasyon” başlıklı araştırmasını savundu.

Daha büyük ve aniden çözülebilir

PFAS’a yönelik çoğu endüstriyel yaklaşım, kirletici maddeyi yakalanacak bir şey olarak ele alır: aktif karbon onu adsorbe eder ve ters ozmoz onu filtreler. Her iki yöntem de ciddi masraflar doğurur ve ikisi de aslında PFAS’ı yok etmez. Maisto’nun yaklaşımı ise molekülün kimyasını değiştiriyor. Yöntemi, bir PFAS molekülüne bağlanan ve boyutunu kabaca iki katına çıkaran oktanol (sıradan alkolün kimyasal kuzeni) ile bir reaksiyon kullanıyor. Daha büyük olan molekül artık suda çözünmediği için kendi kendine ayrışır. Ve onu çözünmez hale getiren aynı reaksiyon, aynı zamanda yok edilmesini de önemli ölçüde kolaylaştırıyor ve eskiden iki ayrı tedavi sorunu olan şeyi tek bir soruna dönüştürüyor.

İşin püf noktası, organik kimyanın genellikle yapamadığı bir şeyi, suda organik bir reaksiyonun gerçekleşmesini sağlamaktır. Maisto, ilk olarak 2002 yılında Tokyo Üniversitesi’ndeki kimyagerler tarafından tanımlanan ve PFAS’ı sulu fazda asılı küçük damlacıklar halinde emülsifiye eden bir tekniği uyarladı. Bu damlacıklar etkili bir şekilde mikroreaktörler gibi davranarak oktanol ve PFAS’a sıradan açık suyun izin vermeyeceği reaksiyona girmesi için bir yer sağlıyor.

Bu yaklaşım, mevcut arıtma yöntemlerine özellikle dirençli olduğu kanıtlanmış daha yeni ikame bileşikler de dahil olmak üzere geniş bir PFAS kimyası yelpazesinde işe yarar. Organik madde yüklü kirli suda ve tuzlu suda da dayanır, ancak tuz içeriği reaksiyonun verimini düşürür. Maisto’nun verileri tuzlu sudaki performansta bir düşüş olduğunu gösteriyor; reaksiyonun ilk etapta suda gerçekleştiği göz önüne alındığında bu mütevazı bir ödünleşim. İşlemin tamamı yaklaşık 24 saat sürer ve konsantre atık akışlarında en iyi performansı gösterir; bu, su ne kadar fazla PFAS yüklüyse, daha az katkı maddesi gerektirdiği anlamına gelir.

Konsantrasyon bağımlılığı, Maisto’nun teknolojisinin nereye uygun olduğunu düşündüğüne işaret ediyor: kaynakta. Maisto’nun yöntemi, PFAS’ın bir topluluğun su kaynağına ulaşmadan önce yarı iletken fabrikası veya üretim tesisi gibi endüstriyel bir süreçten ayrılması durumunda uygulanan nokta kaynaklı bir arıtmadır. Halihazırda seyreltilmiş kirliliğin belediye ölçeğinde temizlenmesinin yerini alacak şekilde tasarlanmamıştır; bu kirlenmenin gerçekleşmesini önlemek içindir.

Kütüphaneden bir fikir

Maisto, Yale’deki ilk yılının sonunda, kütüphanede karboksilik asit reaksiyonları (birçok PFAS’ı kapsayan kimyasal sınıf) hakkında bilgi almak için Fortner’ın dürtmesiyle bu keşfe giden yolu neredeyse tesadüfen buldu. Bunu üç yıllık sorun giderme süreci takip etti. Uzun bir süre boyunca tepki büyük ölçüde konsantrasyona bağlı görünüyordu; yüksek PFAS seviyelerinde güvenilir bir şekilde çalışıyor, ancak düşük seviyelerde duraksıyordu; bu, Maisto’nun imha adımını güvenilir bir şekilde zorlamadan önce çözmesi gereken bir bulmacaydı. O ilk başarılı yazı ve daha sonra yıkım kimyasını kırmayı doktorasının en ödüllendirici dönemleri arasında sayıyor.

Gelecek yıl Maisto, altta yatan sorunu Columbia’daki bir doktora sonrası araştırmasına götürecek ve burada inatçı olduğu bilinen karbon-flor bağını kırmak için sürekli bir girişimde bulunarak plazma reaktörleri kullanarak PFAS’ı yok etmeye çalışacak.