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Gewöhnliche, billige Zutaten können einige „für immer Chemikalien“ abbauen

Es gibt einen neuen Weg, schädliche Chemikalien für die Ewigkeit auseinanderzureißen, sagen Wissenschaftler.

Perfluoralkyl- und Polyfluoralkyl-Substanzen, auch bekannt als PFAS, finden sich in antihaftbeschichteten Pfannen, wasserabweisenden Stoffen und Lebensmittelverpackungen und sind in der gesamten Umwelt allgegenwärtig. Sie werden wegen ihrer Fähigkeit, in der Nähe zu bleiben und nicht zu zerfallen, als Chemikalien für die Ewigkeit bezeichnet. Das liegt zum Teil daran, dass PFAS eine superstarke Bindung zwischen ihren Kohlenstoff- und Fluoratomen haben (SN: 04.06.19). Jetzt haben Forscher mit ein wenig Hitze und zwei relativ häufigen Verbindungen eine wichtige Art von Dauerchemikalien im Labor abgebaut, berichtet das Team am 19. August Wissenschaft. Die Arbeit könnte dazu beitragen, den Weg für ein Verfahren zum kommerziellen Abbau bestimmter ewiger Chemikalien zu ebnen, beispielsweise durch die Behandlung von Abwasser.

„Das grundlegende Wissen darüber, wie sich die Materialien abbauen, ist das Wichtigste, was aus dieser Studie hervorgeht“, sagte der organische Chemiker William Dichtel in einer Pressekonferenz am 16. August.

Während einige Wissenschaftler relativ einfache Wege zum Abbau ausgewählter PFAS gefunden haben, erfordern die meisten Abbaumethoden harte, energieintensive Prozesse mit starkem Druck – in einigen Fällen über 22 Megapascal – oder extrem hohen Temperaturen – manchmal über 1000⁰ Celsius – um die Chemikalie zu brechen Fesseln (SN: 03.06.22).

Dichtel von der Northwestern University in Evanston, Illinois, und sein Team experimentierten mit zwei Substanzen, die in fast jedem Chemielaborschrank zu finden sind: Natriumhydroxid, auch bekannt als Lauge, und ein Lösungsmittel namens Dimethylsulfoxid oder DMSO. Das Team arbeitete speziell mit einer Gruppe von Chemikalien namens PFCAs, die Carbonsäuren enthalten und einen großen Prozentsatz aller PFAS ausmachen. Einige dieser ewigen Chemikalien finden sich in wasserfester Kleidung.

Als das Team PFCAs mit der Lauge und DMSO bei 120⁰ C und ohne zusätzlichen Druck kombinierte, fiel die Carbonsäure von der Chemikalie ab und wurde in einem Prozess namens Decarboxylierung zu Kohlendioxid. Was dann geschah, war unerwartet, sagte Dichtel. Der Verlust der Säure führte zu einem Prozess, bei dem „das gesamte Molekül in einer Kaskade komplexer Reaktionen auseinanderfällt“. Diese Kaskade umfasste Schritte, die den Rest der Chemikalie zu Fluoridionen und kleineren kohlenstoffhaltigen Produkten abbauten, wobei praktisch keine schädlichen Nebenprodukte zurückblieben. .

„Es ist eine nette Methode, sie unterscheidet sich von anderen, die ausprobiert wurden“, sagt Chris Sales, Umweltingenieur an der Drexel University in Philadelphia, der nicht an der Studie beteiligt war. „Die größte Frage ist, wie könnte dies angepasst und skaliert werden?“ Northwestern hat im Namen der Forscher ein vorläufiges Patent angemeldet.

Das Verständnis dieses Mechanismus ist nur ein Schritt, um Chemikalien für immer rückgängig zu machen, sagte Dichtels Team. Und es bedarf weiterer Forschung: Es gibt andere Klassen von PFAS, die ihre eigenen Lösungen erfordern. Dieser Prozess würde nicht funktionieren, um PFAS in der Umwelt zu bekämpfen, da er eine konzentrierte Menge der Chemikalien erfordert. Aber es könnte eines Tages in Kläranlagen zum Einsatz kommen, wo die Schadstoffe aus dem Wasser gefiltert, konzentriert und dann abgebaut werden könnten.

B. Trang et al. Niedertemperaturmineralisierung von Perfluorcarbonsäuren. Wissenschaft. Vol. 377, 19.08.2022, p. 839. doi: 10.1126/science.abm7649.

Autoren: Jude Coleman von Sciencenews

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