Een illustratie van op porfyrine gebaseerde moleculaire nanocages die zijn ontworpen voor selectiviteit, waterstabiliteit en snelle sorptie. Deze nanocages bereiken gemiddeld 90% verwijdering van 38 PFAS -verbindingen uit oplossingen voor gemengde water. Het materiaal toont belofte voor efficiëntere, veiliger en duurzame wateranering. Credit: Karla Sanchez Lievanos/Research and Education in Energy, Environment and Water Institute (Renew), University bij Buffalo
Onderzoekers hebben een moleculair nanocage gecreëerd dat het grootste deel van per- en polyfluoralkyl-stoffen, of PFA’s vastlegt, gevonden in water- en het werkt beter dan traditionele filtertechnieken die geactiveerde koolstof gebruiken. Gemaakt van organisch nanoporeus materiaal dat is ontworpen om alleen PFA’s vast te leggen, verwijderde dit kleine chemisch gebaseerde filtratiesysteem tijdens de studie 80 tot 90% van PFA’s uit riool en grondwater, terwijl ze zeer lage nadelige milieueffecten vertoonden.
De studie werd geleid door wetenschappers aan de universiteit in Buffalo en gepubliceerd in ACS ES & T Engineering.
PFA’s zijn chemische verbindingen die soms “voor altijd chemicaliën” worden genoemd en worden vaak gebruikt in voedselverpakkingen, anti -aanbak coatings en andere toepassingen. PFA’s degraderen niet gemakkelijk af en zijn notoir moeilijk te verwijderen uit waterbronnen.
Studies tonen aan dat blootstelling aan PFA’s een reeks negatieve gezondheidseffecten kan veroorzaken, waaronder verminderde vruchtbaarheid, ontwikkelingsachterstanden bij kinderen en een verhoogd risico voor sommige kankers. De veilige en effectieve verwijdering van PFA’s uit grondwater, afvalwater en andere waterbronnen is een nationale uitdaging.
Moleculaire nanocages zijn eerder voorgesteld als kandidaten voor het verwijderen van verontreinigende stoffen, inclusief voor PFA’s. Hun stevige structuren bieden mogelijkheden om gevaarlijke stoffen zoals PFA’s en vele anderen vast te leggen, te verwijderen en chemisch te deactiveren. Ze kunnen mogelijk ook schadelijke gassen uit de lucht filteren, zeggen de auteurs van de studie.
De onderzoekers synthetiseerden de nanocages uit een groep organische chemicaliën genaamd porfyrines. Eerdere studies hebben succes aangetoond met porfyrine -nanocages bij het verwijderen van kleurstoffen, antibiotica, insecticiden en chemicaliën die de productie van menselijke hormoon uit water verstoren.
De onderzoekers testten vervolgens het vermogen van hun nanocages om 38 verschillende soorten PFA’s te absorberen, waaronder Genx, een type PFA’s dat vaak wordt gebruikt in anti -aanbak kookgerei en andere materialen. De resultaten toonden aan dat de nanocages 90% van PFA’s verwijderden van grondwater en 80% uit onbewerkte of “influent” riolering.
De organische moleculaire nanocages overtroffen ook de PFAS-filteringsmogelijkheden van geactiveerde koolstof, met name in onbewerkte riolering. Geactiveerde koolstof en andere zuivering- of filtratiemethoden, zoals ionenuitwisselingsharsen en omgekeerde osmose, hebben de neiging om zwak te interageren met PFA’s, merken de onderzoekers op. Ze zijn ook kostbaar, hoogonderhoud en energie-intensief in vergelijking met nanocages.
“Op porfyrine gebaseerde nanocages bieden een potentieel praktische oplossing voor de uitdagingen van PFAS-verwijdering”, zegt Samy El-Shall, een programmadirecteur in de NSF-divisie chemie. “Het materiaal kan ook op schaal op massa worden geproduceerd, en de kooien zijn alleen aan te passen om PFA’s alleen te verwijderen terwijl andere watergehaltes alleen achterlaten.”
Meer informatie:
Karla R. Sanchez-Lievanos et al, synthese en evaluatie van op kationische porfyrine gebaseerde organische nanocages voor het verwijderen van 38 pfas uit water: experimentele, theoretische en eco-toxicologische inzichten, ACS ES & T Engineering (2024). Doi: 10.1021/acsestengg.4c00639
Geboden door National Science Foundation
