Des chimistes de l'Université de Buffalo ont montré que des pièges moléculaires auto-assemblés peuvent être utilisés pour capturer les PFAS, des polluants dangereux qui ont contaminé les réserves d'eau potable dans le monde entier.

Les pièges sont fabriqués à partir de blocs de construction à base de fer et organiques qui se connectent, comme les Legos, pour former une cage tétraédrique. Des expériences ont montré que ces structures se lient à certains PFAS (abréviation de per- et polyfluoroalkyl substances), et une analyse en laboratoire a révélé comment cela se produit. Comme il s'avère, les PFAS collent fortement à l'extérieur des cages au lieu de se coincer à l'intérieur, disent les chercheurs.

Ces informations ont été détaillées dans une étude publiée ce mois-ci et pourraient aider les scientifiques à affiner les pièges de manière favorable, par exemple, en élargissant les ouvertures des cages pour potentiellement attraper d'autres types de PFAS. L'objectif final est d'utiliser de telles cages - appelées metallacages - dans des systèmes qui isolent les PFAS de l'eau, ce qui pourrait conduire à un meilleur traitement de l'eau, ou des techniques améliorées de détection des polluants dans l'eau.

« Les PFAS sont des produits chimiques hautement stables et toxiques qui peuvent avoir des effets néfastes sur la santé humaine, " dit Diana Aga, Doctorat., Henry M. Woodburn Professeur de chimie à l'UB College of Arts and Sciences. « Il existe de plus en plus de preuves suggérant des liens entre l'exposition aux PFAS et les effets néfastes sur la santé des humains et des animaux, avec des effets potentiels, notamment une diminution du poids à la naissance, baisse de fertilité, et un risque accru de diabète et de certains cancers, pour n'en nommer que quelques-uns. Les résultats de notre nouvel article sont passionnants car ils fournissent la preuve que les pièges moléculaires sont des absorbants efficaces pour certains PFAS. »

« Nous sommes très enthousiasmés par quelques-unes des façons dont ce travail peut évoluer, de permettre la détection des PFAS que les analyses actuelles peuvent manquer, à modifier les cages de telle sorte qu'en plus de lier le PFAS, ils les détruisent aussi, " dit Timothy Cook, Doctorat., professeur assistant de chimie à l'UB College of Arts and Sciences.

Cook et Aga ont dirigé l'étude, avec Cressa Ria P. Fulong, Doctorat., un récent diplômé du Cook lab, et Mary Grace E. Guardian, un doctorat candidat dans le laboratoire d'Aga. Tous les membres de l'équipe ont apporté des contributions importantes, avec Fulong et Guardian à la tête des travaux expérimentaux et analytiques qui ont eu lieu en laboratoire.

La recherche a fait la couverture du numéro du 18 mai de la revue Chimie inorganique . Cook a créé la pochette, qu'il dessinait à la main avec un stylo plume sur du papier, puis numérisé et colorié. L'illustration montre des blocs de construction moléculaires s'auto-assemblant pour former des structures tétraédriques qui convergent vers une molécule de PFAS.

Les pièges capturent un sous-ensemble de PFAS

Les PFAS ne sont pas un composé unique; ils sont un groupe de produits chimiques synthétiques qui sont utilisés dans les emballages alimentaires, revêtements antiadhésifs, mousses anti-incendie et autres produits. Parce que les composés ne se décomposent pas facilement, ils persistent longtemps dans l'environnement.

De nombreuses études ont détecté des PFAS dans les approvisionnements en eau potable dans le monde entier, y compris un article qu'Aga et ses collègues ont publié le 19 mai dans la revue Chemosphere. Ce projet a recherché les polluants aux Philippines et en Thaïlande et les a trouvés dans les eaux de surface, l'eau en bouteille et l'eau des stations de remplissage. D'autres études ont montré que les PFAS s'accumulent dans le sang des gens.

Compte tenu de ces préoccupations, Cuisiner, Aga, Fulong et Guardian ont cherché à savoir si les cages moléculaires pouvaient aider à piéger les PFAS.

Les scientifiques ont passé au crible une douzaine de types différents de cages à assemblage automatique contenant des métaux. Fulong a synthétisé les cages dans le laboratoire de Cook, et Guardian ont utilisé des techniques analytiques avancées dans le laboratoire d'Aga pour étudier si chaque structure se liait au PFAS.

Ce processus a conduit l'équipe aux cages à base de fer, qui a capturé un sous-ensemble de PFAS avec des chaînes de six atomes de carbone fluorés ou plus, y compris les acides perfluorocarboxyliques, les acides sulfoniques et les télomères fluorés.

La suite ? Ajuster les cages pour piéger plus de PFAS et peut-être les détruire

L'étude donne aux scientifiques de nouvelles connaissances qui pourraient les aider à apporter des améliorations expérimentales aux cages. En peaufinant les blocs de construction des cages, les chercheurs pourraient potentiellement créer des structures qui se lient plus fortement aux PFAS, éponger d'autres variétés de polluants, ou même détruire les produits chimiques, dit Cook.

"J'ai lu des articles dans les médias populaires selon lesquels des gens essaient d'incinérer ces PFAS, et cela pourrait aggraver le problème, " Dit Cook. "Cela les envoie simplement dans les airs et les disperse encore plus. Je me demande si nous pouvons développer des cages avec des propriétés électro- ou photochimiques qui leur permettront de rompre les liaisons dans les PFAS."

« J'espère que les pièges moléculaires pourront être conçus pour capturer potentiellement les PFAS les plus solubles dans l'eau qui échappent généralement aux technologies conventionnelles de traitement de l'eau, " dit Aga. " Il y a déjà beaucoup de sorbants en usage, comme le charbon actif, qui interagissent avec PFAS. Cependant, le charbon actif n'a pas de blocs de construction ou de pores qui peuvent être facilement ajustés - et c'est la beauté des metallacages. "