Zonder het te weten, de meeste Amerikanen vertrouwen elke dag op een klasse chemicaliën die per- en polyfluoralkylstoffen worden genoemd, of PFAS's. Deze door de mens gemaakte materialen hebben unieke eigenschappen die ze buitengewoon nuttig maken. Ze stoten zowel water als vet af, dus ze zijn te vinden in voedselverpakkingen, waterdichte stof, tapijten en muurverf.

PFAS's zijn ook handig als dingen warm worden. Consumenten waarderen deze eigenschap in koekenpannen met antiaanbaklaag. Overheidsinstanties en de industrie gebruiken ze al tientallen jaren om branden op luchthavens en brandstofopslagfaciliteiten te blussen.

Echter, wijdverbreid gebruik van PFAS's heeft geleid tot uitgebreide verontreiniging van openbare watersystemen. Vandaag, deze stoffen zijn te vinden in het bloedserum van bijna alle inwoners van de VS. Blootstelling aan PFAS is in verband gebracht met nier- en teelbalkanker, maar ook ontwikkelingsgericht, immuun, hormonale en andere gezondheidsproblemen.

Maar ze uit het milieu verwijderen is niet eenvoudig. Chemische bindingen tussen fluor en koolstof - de ruggengraat van PFAS-moleculen - zijn extreem sterk. PFAS's kunnen uit water worden verwijderd door ze uit te filteren, maar de gebruikte filters moeten daarna worden weggegooid, en storten verplaatst het probleem alleen naar een andere locatie. De beste oplossing voor het probleem is om PFAS's volledig af te breken - en wat dat betreft, we boeken vooruitgang.

Elektrochemische reiniging van water

Studies hebben aangetoond dat een methode die elektrochemische oxidatie wordt genoemd, een effectieve manier is om PFAS's uit afvalwater te verwijderen. Het werkt door een directe elektrische stroom tussen elektroden te laten lopen, die geleidende metalen platen zijn. Als de spanning hoog genoeg is, PFAS-moleculen geven een elektron af aan de positieve elektrode. Dit start een kettingreactie die PFAS's omzet in koolstofdioxide en fluoride.

Dit proces is relatief eenvoudig in een laboratorium, maar het op veldschaal uitvoeren is een heel andere uitdaging. Typisch, het doel zou zijn om PFAS's te verwijderen die zijn gemorst en in de aarde zijn geweekt, grondwatervoorraden vervuilen.

We kunnen het verontreinigde grondwater naar boven en door een reactor pompen, maar de meeste verontreinigingen die koolstof bevatten - inclusief enkele van de vele soorten PFAS-moleculen - blijven aan de bodem kleven en komen slechts langzaam vrij. Het kan jaren of zelfs tientallen jaren pompen vergen om een ​​grote verontreinigde zone te behandelen. Benaderingen die verontreinigingen ondergronds behandelen in plaats van ze naar de oppervlakte te pompen, zijn vaak goedkoper.

In eerder onderzoek op een voormalige munitieopslagplaats in Pueblo, Colorado, we hebben aangetoond dat het mogelijk is om met explosieven verontreinigd grondwater te behandelen door het door een elektrolytische barrière te leiden. Om dit te doen, we zonken gaaselektroden die eruitzagen als raamschermen in een greppel. Verontreinigd grondwater bewoog op natuurlijke wijze door deze gaaselektroden, waar een elektrische stroom de verontreinigende stoffen afbrak die het bevatte.

Dit proces vereist ongeveer 5 tot 15 volt elektriciteit - ongeveer de hoeveelheid die wordt geleverd door een auto-accu. In afgelegen gebieden kan deze stroom van zonnepanelen komen. Met goed beheer, elektrolytische barrières kunnen verontreinigende stoffen gedurende meerdere jaren afbreken.

Behandeling voor PFAS's opschalen

Ons huidige onderzoek heeft tot doel de elektrolytische barrièretechnologie toe te passen op de behandeling van met PFAS verontreinigd water. Maar PFAS's zijn moeilijker af te breken dan de verontreinigende stoffen op de Pueblo-site.

De eerste stap is het identificeren van krachtigere elektroden. Elektroden kunnen worden gecoat met een verscheidenheid aan materialen, inclusief titaan, tin en vele andere metaaloxiden. De eigenschappen van de oppervlaktecoatings van de elektrode bepalen hoe snel ze verontreinigingen afbreken.

Tot nu toe hebben we geëxpandeerd titaniumgaas gebruikt dat is gecoat met een mengsel van iridium- en tantaaloxiden. Deze elektroden worden veel gebruikt om roestvrijstalen buizen te beschermen tegen roesten, dus ze zijn betaalbaar verkopen voor ongeveer US $ 40 per vierkante voet. De kosten zijn een belangrijke factor om te overwegen, omdat de elektroden een aanzienlijk deel van de totale installatiekosten kunnen uitmaken.

Iridium- en tantaaloxidecoatings, echter, zijn erg traag in het afbreken van PFAS's. Onze voorlopige onderzoeken hebben aangetoond dat met tinoxide gecoate gaaselektroden veel effectiever zijn. Momenteel, tinoxide-elektroden zijn op maat gemaakt onderzoeksmateriaal, en dus veel duurder dan iridium- en tantaaloxiden. Maar omdat de kosten voor tin aanzienlijk lager zijn dan voor de andere twee, we verwachten dat de prijzen zullen dalen zodra deze elektroden in grotere aantallen worden geproduceerd.

In aanvulling, Dr. Shaily Mahendra aan de Universiteit van Californië, Los Angeles en haar medewerkers hebben een houtrotschimmel ontdekt die veelbelovend is gebleken bij het transformeren van sommige PFAS-soorten. Deze schimmels hebben zuurstof nodig om te ademen, maar er is meestal heel weinig zuurstof in het grondwater. Gelukkig, de elektroden die we gebruiken om verontreinigingen af ​​te breken, breken ook het grondwater eromheen af, en dit proces genereert zuurstof.

We zijn dus van plan om elektrochemische oxidatie te koppelen aan biologische afbraak, de levende schimmel gebruiken om PFAS af te breken. Ons voorbereidend werk aan een andere persistente organische verontreinigende stof genaamd 1, 4-dioxaan heeft aangetoond dat de afbraak versnelt wanneer deze twee processen samenwerken. Tegelijkertijd, de spanning die door de elektroden wordt gestuurd, kan worden verlaagd. Lagere spanningen betekenen lagere stroomkosten, langere levensduur van de elektroden en minder vorming van desinfectiebijproducten. Dit zijn ongewenste en mogelijk schadelijke verbindingen die kunnen ontstaan ​​uit stoffen die van nature in water aanwezig zijn, zoals chloride.

Zijn er alternatieven?

Zelfs met de opkomst van elektrochemische waterbehandeling, Degradatie van PFAS blijft een uitdaging. Omdat PFAS's extreem stabiel zijn en zo veel worden gebruikt, ze worden nu over de hele wereld verspreid.

Onderzoekers ontwikkelen manieren om PFAS's in bepaalde producten te vervangen, zoals blusschuim. In veel andere consumentenproducten fabrikanten vervangen eenvoudigweg grotere PFAS-moleculen door kleinere. Echter, dit is geen volledige oplossing. Van kleinere PFAS's wordt gedacht dat ze minder accumuleren in biologisch weefsel, maar ze verspreiden zich ook gemakkelijker in het milieu.

Blootstelling aan chemicaliën is een prijs die we betalen voor de gemakken van het moderne leven. uiteindelijk, de mate waarin PFAS in het milieu voorkomt, zal grotendeels afhangen van de keuzes van de consument en van hoe snel we deze chemicaliën kunnen vervangen door veiligere alternatieven. Voor nu, echter, we hebben effectievere manieren nodig om ze uit de grond te verwijderen, grondwater en andere plaatsen waar ze een bedreiging vormen voor de menselijke gezondheid en het milieu.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.