Chemische ingenieurs van Rice University hebben hun ontwerp verbeterd voor een door licht aangedreven katalysator die snel PFOA afbreekt, een van 's werelds meest problematische "voor altijd chemische" verontreinigende stoffen.

Michael Wong en zijn studenten deden in 2020 de verrassende ontdekking dat boornitride, een commercieel verkrijgbaar poeder dat veel wordt gebruikt in cosmetica, 99% van PFOA, of perfluoroctaanzuur, in watermonsters binnen slechts een paar uur kon vernietigen wanneer het werd blootgesteld aan ultraviolette straling. licht met een golflengte van 254 nanometer.

"Dat was geweldig omdat PFOA een steeds problematischer wordende verontreinigende stof is die echt moeilijk te vernietigen is", zegt Wong, corresponderend auteur van een onderzoek over de opnieuw ontworpen katalysator in Chemical Engineering Journal . "Maar het was ook niet ideaal omdat het boornitride werd geactiveerd door kortegolf-UV en de atmosfeer bijna alle kortegolf-UV uit zonlicht filtert. We wilden het vermogen van boornitride om toegang te krijgen tot energie zo veel mogelijk pushen van andere golflengten van zonlicht."

Langegolf UV, of UV-A, heeft golflengten van ongeveer 315-400 nanometer. Het is de oorzaak van zonnebrand en zonnebrand, en het is overvloedig aanwezig in zonlicht dat de aarde bereikt. Boornitride is een halfgeleider en wordt niet geactiveerd door UV-A. Titaandioxide, een veelgebruikt ingrediënt in zonnebrandcrème, is een halfgeleider die wordt geactiveerd door UV-A en er is zelfs aangetoond dat het de afbraak van PFOA katalyseert, zij het zeer langzaam, bij blootstelling aan UV-A.

Dus besloten Wong en de co-hoofdauteurs Bo Wang, Lijie Duan en Kimberly Heck om een ​​composiet te maken van boornitride en titaniumdioxide die de beste eigenschappen van de afzonderlijke katalysatoren combineert. In hun nieuwe studie toonden ze aan dat de UV-A-aangedreven composieten PFOA ongeveer 15 keer sneller vernietigden dan gewone fotokatalysatoren van titaniumdioxide.

Door fotostroomresponsmetingen en andere gegevens te analyseren, ontdekte het team van Wong hoe zijn halfgeleidercomposiet UV-A-energie oogstte om PFOA-moleculen in water af te breken. In buitenexperimenten met plastic waterflessen onder natuurlijk zonlicht, ontdekten ze dat de boornitride-titaniumdioxide-composieten ongeveer 99% van PFOA in gedeïoniseerd water in minder dan drie uur konden afbreken. In zout water duurde dat proces ongeveer negen uur.

Steeds meer bewijs suggereert dat PFOA schadelijk is voor de menselijke gezondheid. Sommige Amerikaanse staten hebben limieten gesteld aan PFOA-besmetting in drinkwater en in maart 2021 kondigde het Environmental Protection Agency plannen aan om federale normen te ontwikkelen.

Door de toenemende regeldruk om PFOA-normen vast te stellen, zijn waterzuiveringsinstallaties op zoek naar nieuwe en kostenefficiënte manieren om PFOA uit water te verwijderen, zei Wong.

PFOA is een van de meest voorkomende PFAS (perfluoralkyl- en polyfluoralkylstoffen), een familie van verbindingen die in de 20e eeuw is ontwikkeld om coatings te maken voor waterdichte kleding, voedselverpakkingen en andere producten. PFAS zijn altijd chemicaliën genoemd omdat ze niet gemakkelijk worden afgebroken en de neiging hebben om in het milieu te blijven hangen. Wong zei dat zijn team aan het beoordelen is hoe goed zijn samengestelde fotokatalysator werkt voor het afbreken van andere PFAS.

Hij zei dat de boornitride- en composietkatalysatortechnologieën al de aandacht hebben getrokken van verschillende industriële partners in het Rice-based Nanosystems Engineering Research Center for Nanotechnology-Enabled Water Treatment (NEWT), dat wordt gefinancierd door de National Science Foundation om off-grid water te ontwikkelen behandelsystemen. + Verder verkennen

Boornitride vernietigt 'voor altijd' chemicaliën PFOA, GenX