Des scientifiques de l'Université de Rochester ont développé de nouvelles approches électrochimiques pour nettoyer la pollution causée par les « produits chimiques éternels » présents dans les vêtements, les emballages alimentaires, les mousses anti-incendie et un large éventail d'autres produits. Un nouveau Journal de Catalyse L'étude décrit des nanocatalyseurs développés pour éliminer les substances per- et polyfluoroalkylées connues sous le nom de PFAS.
Les chercheurs, dirigés par Astrid Müller, professeur adjoint de génie chimique, se sont concentrés sur un type spécifique de PFAS appelé sulfonate de perfluorooctane (PFOS), qui était autrefois largement utilisé pour les produits résistants aux taches, mais qui est désormais interdit dans une grande partie du monde en raison de ses effets nocifs sur la santé. santé humaine et animale. Le SPFO est toujours répandu et persistant dans l'environnement, bien qu'il ait été progressivement éliminé par les fabricants américains au début des années 2000, et continue d'apparaître dans les réserves d'eau.
Müller et son équipe de doctorants en science des matériaux. Les étudiants ont créé les nanocatalyseurs en utilisant sa combinaison unique d'expertise en lasers ultrarapides, en science des matériaux, en chimie et en génie chimique.
"En utilisant le laser pulsé dans la synthèse liquide, nous pouvons contrôler la chimie de surface de ces catalyseurs d'une manière que vous ne pouvez pas faire avec les méthodes traditionnelles de chimie humide", explique Müller. "Vous pouvez contrôler la taille des nanoparticules résultantes grâce à l'interaction lumière-matière, en les détruisant."
Les scientifiques collent ensuite les nanoparticules sur du papier carbone hydrophile. Cela donne un substrat bon marché avec une surface élevée. En utilisant de l'hydroxyde de lithium à des concentrations élevées, ils ont complètement défluoré les produits chimiques PFOS.
Müller affirme que pour que le processus fonctionne à grande échelle, il faudra traiter au moins un mètre cube à la fois. Surtout, leur nouvelle approche utilise tous les métaux non précieux, contrairement aux méthodes existantes qui nécessitent des diamants dopés au bore. Selon leurs calculs, traiter un mètre cube d’eau polluée avec du diamant dopé au bore coûterait 8,5 millions de dollars; la nouvelle méthode est près de 100 fois moins chère.
Exploiter les produits chimiques PFAS de manière durable
Dans les études futures, Müller espère comprendre pourquoi l’hydroxyde de lithium fonctionne si bien et si des matériaux encore moins chers et plus abondants peuvent être remplacés pour réduire davantage les coûts. Elle souhaite également appliquer la méthode à une gamme de produits chimiques PFAS qui sont encore largement utilisés mais qui ont été associés à des problèmes de santé allant du développement des bébés au cancer du rein.
Müller affirme qu'en dépit de ces problèmes, l'interdiction pure et simple de tous les produits chimiques et substances PFAS n'est pas pratique en raison de leur utilité non seulement dans les produits de consommation mais également dans les technologies vertes.
"Je dirais qu'en fin de compte, de nombreux efforts de décarbonisation - des pompes à chaleur géothermiques à la réfrigération efficace en passant par les cellules solaires - dépendent de la disponibilité des PFAS", explique Müller. "Je pense qu'il est possible d'utiliser les PFAS de manière circulaire et durable si nous pouvons tirer parti de solutions électrocatalytiques pour rompre les liaisons fluorocarbonées et extraire le fluorure en toute sécurité sans le rejeter dans l'environnement."
Bien que la commercialisation soit encore loin, Müller a déposé un brevet avec le soutien d'URVentures et prévoit qu'il sera utilisé dans les installations de traitement des eaux usées et par des entreprises pour nettoyer les sites contaminés où elles produisaient ces produits chimiques PFAS. Elle appelle également cela une question de justice sociale.
"Souvent, dans les régions du monde à faible revenu, la pollution est plus importante", explique Müller. "L'un des avantages d'une approche électrocatalytique est que vous pouvez l'utiliser de manière distribuée avec un faible encombrement en utilisant l'électricité provenant de panneaux solaires."
Plus d'informations : Ziyi Meng et al, Défluoration électrocatalytique complète du sulfonate de perfluorooctane en solution aqueuse avec des matériaux non précieux, Journal of Catalysis (2024). DOI :10.1016/j.jcat.2024.115403
Fourni par l'Université de Rochester
