El estudio de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign es el primero en describir una estrategia electroquímica para capturar, concentrar y destruir una mezcla de diversos químicos conocidos como PFAS, incluido el cada vez más frecuente PFAS de cadena ultracorta, del agua en una sola. proceso. Este nuevo desarrollo está particularmente preparado para abordar el creciente problema industrial de la contaminación con sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas en la fabricación de semiconductores.
Estudios anteriores de la U. of I. han demostrado que los PFAS de cadena corta y larga se pueden eliminar del agua mediante adsorción impulsada electroquímicamente, conocida como electrosorción, pero este método es de cadena ultracorta ineficiente para las moléculas debido a su pequeño tamaño y tamaño. diferentes propiedades químicas, la nueva investigación, dirigida por Zhao Su, profesor de ingeniería química y biomolecular en Illinois, combina la tecnología de filtración desalinizadora, conocida como electrodiálisis redox. es decir, resolver los problemas relacionados con la captura del espectro completo de tamaños de PFAS con electrosorción en un solo dispositivo.
Los resultados del estudio han sido publicados en la revista Comunicaciones de la naturaleza.
“Nos decidimos por la electrodiálisis redox porque los PFAS de cadena muy corta se comportan como iones de sal en agua”, dijo Su. “El desafío era desarrollar un sistema de electrodiálisis eficiente y eficaz para capturar PFAS de cadena ultracorta, combinado con un proceso de electrosorción para PFAS de cadena larga, para electrolizarlos. “.
El equipo de SU ha demostrado previamente dispositivos de electrodiálisis altamente eficientes que eliminan una variedad de contaminantes que no son PFAS. Sin embargo, este proceso requiere membranas de intercambio iónico, que son costosas y se degradan rápidamente por las moléculas de PFAS.
Para superar la barrera de la membrana, el equipo de SU introdujo una membrana de nanofiltración económica que permite la eliminación de PFAS sin degradación por un campo eléctrico. La tecnología se basa en los avances realizados por su grupo al combinar polímeros redox con estas membranas de nanofiltración para permitir una purificación que ahorre energía.
Para la eliminación de PFAS, contar con los materiales adecuados para el trabajo es una cosa, pero encontrar la configuración más eficaz es un desafío importante en sí mismo.
“Después de experimentar con varias configuraciones de dispositivos, finalmente nos decidimos por un sistema que limpia el agua contaminada con PFAS para eliminar las moléculas de cadena ultracorta y luego, al mismo tiempo, los electrodos de carbono eliminan las cadenas cortas restantes y las largas”, Su dicho. “Este proceso también concentra todas las PFAS, lo que facilita su destrucción una vez capturadas”.
Finalmente, el proceso de oxidación electroquímica inherente a la electrodiálisis redox destruye los PFAS capturados convirtiéndolos en iones fluoruro, un paso importante hacia la eliminación de estos contaminantes persistentes del medio ambiente.
Su dijo que el equipo está entusiasmado con la posibilidad de ampliar el proceso para poder llevarlo fuera del laboratorio y abordar no solo las aplicaciones de aguas residuales, sino también los sistemas in situ en flujos de aguas residuales industriales.
“Este trabajo es muy oportuno debido al interés del gobierno estadounidense, las instalaciones de tratamiento de aguas residuales y la industria de semiconductores”, afirmó Su. “Se espera que la producción de semiconductores aumente en los próximos años y la falta de PFAS para una producción sostenible se convertirá en un problema importante en el futuro”.
Los investigadores de Illinois Nayoung Kim, Johannes Elbert y Ekaterina Shukina participaron en el estudio. El programa ERASE-PFAS de la Fundación Nacional de Ciencias apoyó esta investigación. Su también está afiliado a ingeniería civil y ambiental, química y al Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzada de EE. UU.
