13.03.2020 - University of California, Riverside

Ein mögliches Ende der "ewigen" Chemikalien

PFAs in Zukunft schneller oder effizienter abzubauen

Synthetische Chemikalien, die als Per- und Polyfluoralkyle oder PFAS bekannt sind, enthalten Bindungen zwischen Kohlenstoff- und Fluoratomen, die als die stärksten in der organischen Chemie gelten. Leider hat die weit verbreitete Verwendung dieser nicht biologisch abbaubaren Produkte seit den 1940er Jahren viele Wasservorräte in ganz Amerika verunreinigt.

Ingenieure von UC Riverside haben jetzt in Modellierungsexperimenten gezeigt, dass die Verwendung von überschüssigen Elektronen die Kohlenstoff-Fluor-Bindung von PFAS in Wasser aufbricht und Nebenprodukte hinterlässt, die den Prozess sogar beschleunigen könnten.

Die Kohlenstoff-Fluor-Bindung ist hitze- und chemikalienbeständig und unempfindlich gegen physikalische Kräfte und macht PFAS allgegenwärtig in Lebensmittelverpackungen, flecken- und wasserabweisenden Stoffen, Polituren und Wachsen, Feuerlöschschäumen, Reinigungsprodukten, Teppichen und Tausenden anderen gängigen Haushalts- und Industrieprodukten. Die Umweltschutzbehörde schätzt, dass der größte Teil der Bevölkerung PFAS ausgesetzt war, die sich im Laufe der Zeit im Körper anreichern, weil diese "ewigen Chemikalien" nicht biologisch abbaubar sind.

Sharma Yamijala, ein Postdoc-Forscher am Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering und Erstautor der Arbeit, führte Simulationen sowohl mit Perfluoroctansäure- als auch mit Perfluoroctansulfonsäure-Molekülen durch, den häufigsten PFA-Kontaminanten in der Umwelt, die von Wassermolekülen umgeben sind. Er stellte fest, dass sie bei einem Überschuss an Elektronen sofort ihr Fluoratom verloren.

Die PFA-Moleküle zerbrachen in eine chemische Zwischenspezies, deren Zusammensetzung die Zersetzung anderer PFA-Moleküle weiter beschleunigen könnte. Bei der Reaktion entstand auch ein Fluorwasserstoffmolekül. Ob diese kurzkettigen Moleküle bei typischen Konzentrationen im Wasser krebserregend sind, konnte bisher nicht festgestellt werden.

"In einem realen Wasserbehandlungsszenario könnten die überschüssigen Elektronen von metallhaltigen Verbindungen stammen, die im Wasser unter ultravioletter Strahlung platziert sind. Die Elektronen aus diesen Verbindungen werden mit den PFA-Molekülen in Wechselwirkung treten und diese brechen", sagte Yamijala.

Die Simulationen beschreiben genau einen Prozess, von dem die Wissenschaftler wussten, dass er möglich ist.

"Die Leute wussten, dass man das tun kann, wussten aber nicht, warum", sagte Bryan Wong, ein außerordentlicher Professor für Chemie- und Umwelttechnik und Seniorautor des Papiers. "Unsere Simulationen definieren das größere Bild, das wir verfeinern können, um Wege zu finden, PFAs in Zukunft schneller oder effizienter abzubauen.

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