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Every chemical in the PFAS family was built to last. Per- and polyfluoroalkyl substances, known as “forever chemicals”, do not rot, rust or break down in sunlight or soil. A team led by researchers at Arizona State University has now built a membrane that tears them apart instead of holding them back: over 90 percent of each of six regulated compounds was destroyed during a continuous 58-day trial, according to the study.
Ogni composto della famiglia PFAS è stato concepito per durare. Le sostanze per- e polifluoroalchiliche, note come «sostanze chimiche eterne», non marciscono, non arrugginiscono e non si degradano alla luce del sole né nel suolo. Un team guidato da ricercatori dell'Arizona State University ha ora costruito una membrana che le fa a pezzi invece di trattenerle: oltre il 90% di ciascuno dei sei composti regolamentati è stato distrutto durante una prova continua di 58 giorni, secondo lo studio.
The problem has been that the usual cleanup tools only move the contamination around. Activated carbon filters, ion-exchange resins and reverse osmosis pull PFAS out of drinking water, but they do not destroy it. What remains is concentrated brine and hazardous filters, which facilities bury or incinerate. The chemistry explains why. The carbon-fluorine bond is widely considered the strongest single bond in organic chemistry, and the fluorine atoms wrap the carbon backbone like interlocking armor plates. As Bruce Rittmann, director of the Biodesign Swette Center for Environmental Biotechnology, put it: “There’s really no place to get a start to break it down.”
Il problema è che gli strumenti di bonifica più diffusi si limitano a spostare la contaminazione. Filtri a carbone attivo, resine a scambio ionico e osmosi inversa estraggono i PFAS dall'acqua potabile, ma non li distruggono. Restano salamoia concentrata e filtri pericolosi, che gli impianti interrano o incenerono. La chimica spiega il perché. Il legame carbonio-fluoro è considerato il legame singolo più forte della chimica organica, e gli atomi di fluoro avvolgono lo scheletro di carbonio come corazze d'armatura che si incastrano tra loro. Come ha spiegato Bruce Rittmann, direttore del Biodesign Swette Center for Environmental Biotechnology: «Non c'è davvero un punto da cui cominciare a scomporla».
The team’s answer is a hollow fiber membrane, a bundle of microscopic straws lined on the outside with palladium nanoparticles. Pressurized hydrogen gas flows through the centre of the straws and diffuses outward until it meets the palladium, which splits paired hydrogen molecules into highly reactive single atoms. PFAS molecules in the surrounding water attach to the same metal surface, so the reactive hydrogen and the pollutant meet there. The hydrogen strips away the fluorine armor, and the molecule breaks down into harmless components. In the trial, 83 percent of the total fluorine was removed.
La risposta del team è una membrana a fibre cave, un fascio di microscopiche cannucce rivestite all'esterno di nanoparticelle di palladio. L'idrogeno gassoso pressurizzato scorre al centro delle cannucce e si diffonde verso l'esterno finché non incontra il palladio, che scinde le molecole di idrogeno a coppie in singoli atomi altamente reattivi. Le molecole di PFAS presenti nell'acqua circostante si attaccano alla stessa superficie metallica, così l'idrogeno reattivo e l'inquinante si incontrano lì. L'idrogeno toglie l'armatura di fluoro e la molecola si scompone in componenti innocui. Nella prova è stato rimosso l'83% del fluoro totale.
For the people who drink from wells near military bases, municipal landfills, airports and wastewater plants, the arrival of a method that destroys rather than traps could change what a filter has to do. PFAS already reach crops, livestock and human tissue, and exposure has been linked to kidney cancer, thyroid disease, immune dysfunction and developmental delays. The technology is not yet ready for city water systems. The sources cite one main barrier: the palladium, which trades at roughly $50,000 per kilogram, must be used in smaller quantities to make the process affordable. The likeliest path is to pair the reactor with existing filtration, which would concentrate contaminated water first so that the catalytic system only treats the smaller, more concentrated waste stream. No deployment date has been announced.
Per chi beve acqua dai pozzi vicino a basi militari, discariche comunali, aeroporti e impianti di depurazione, l'arrivo di un metodo che distrugge invece di trattenere potrebbe cambiare ciò che un filtro deve fare. I PFAS raggiungono già colture, bestiame e tessuti umani, e l'esposizione è stata collegata al cancro ai reni, a malattie della tiroide, a disfunzioni immunitarie e a ritardi nello sviluppo. La tecnologia non è ancora pronta per gli acquedotti cittadini. Le fonti citano un ostacolo principale: il palladio, che si scambia a circa 50.000 dollari al chilogrammo, deve essere usato in quantità minori per rendere il processo economicamente sostenibile. La strada più probabile è abbinare il reattore alla filtrazione esistente, che concentrerebbe prima l'acqua contaminata così che il sistema catalitico tratti solo il flusso di rifiuti più piccolo e concentrato. Nessuna data di impiego è stata annunciata.
A method that works on the whole family of compounds, not just one, is what makes this result more than a laboratory curiosity. The next step is to cut the palladium bill and show the same performance outside a single study.
Un metodo che funziona su tutta la famiglia di composti, e non su uno solo, è ciò che rende questo risultato più di una curiosità di laboratorio. Il prossimo passo è ridurre la spesa per il palladio e dimostrare le stesse prestazioni al di fuori di un singolo studio.