Japanse onderzoekers hebben een nieuwe manier gevonden om hardnekkige PFAS-verbindingen af te breken. Met behulp van licht en zinkoxide-nanokristallen, omhuld met organische liganden, wisten zij fluoratomen efficiënt uit PFOS te verwijderen. De methode werkt bij kamertemperatuur en met eenvoudig UV-licht.
PFAS (Per- en Polyfluoralkylstoffen) zijn water-, vet- en vuilafstotend waardoor ze in veel producten zitten zoals pannen, kleding en blusschuim. PFAS-moleculen bestaan uit een C-F-keten van koolstof- en fluoratomen die met elkaar verbonden zijn. Om die verbinding te verbreken is veel energie nodig. Daardoor breekt PFAS bijna niet af en hoopt het zich op in milieu en lichaam, waar de stof schade kan aanrichten.
Een manier om PFAS af te breken is via defluorering. Defluorering is het proces waarbij fluoratomen uit moleculen worden verwijderd om deze instabiel te maken. Maar daar zijn hardnekkige chemicaliën voor nodig of veel energie.
Nanokristallen breken PFAS-verbindingen af
Onderzoekers van de Japanse Ritsumeikan Universiteit onderzochten of nanokristallen van zinkoxide (ZnO) – die zijn duizenden keren kleiner dan een menselijke haar – kunnen helpen fluoratomen uit PFOS (perfluoroctaansulfonaten) – een subgroep van PFAS-verbindingen – te verwijderen. Nanokristallen genereren reactieve deeltjes door er licht op te schijnen. Die deeltjes kunnen op hun beurt verontreinigde stoffen als PFAS afbreken.
Dat gebeurt effectiever – zo veronderstelden de Japanners – door ZnO te omhullen met zogenaamde liganden. Dat zijn moleculen of ionen met een vrij elektronenpaar die een bepaalde functie vervullen. In dit geval waren dat organische moleculen (zoals azijnzuur- of 3-mercaptopropionaat-liganden) die aan het oppervlak van de ZnO-nanokristallen binden en hun fotokatalytische (door licht geactiveerde) afbraak van PFAS verbeteren.
“Perfluoroctaansulfonzuur of PFOS is een PFAS-verbinding die vroeger veel werd gebruikt, maar nu streng gereguleerd is. We wilden zien of nanokristallen van zinkoxide met ligandkapjes deze verbinding kunnen defluoreren”, aldus prof. Kobayashi, die leidinggaf aan het onderzoek.
Kristallen met “black light” beschijnen
Kobayashi en collega’s beschenen de ZnO-nanokristallen met LED-licht van verschillende golflengtes. ZnO met azijnzuur vertoonde een defluoreringpercentage tot 92 procent na 24 uur belichten met ultraviolet licht (“black light”). ZnO met 3-mercaptopropionaat presteerde wat minder: na een dag onder het datzelfde licht bereikte het ZnO-kristal plus ligand nog geen 9 procent.
De ZnO-nanokristallen zijn ook nog eens herbruikbaar, zeggen de onderzoekers. Een enkel nanokristal kon ruim achtduizend C-F-verbindingen verbreken voordat deze uitgespeeld was. Bovendien zijn de kristallen niet giftig, goedkoop en op grote schaal te produceren. Of zoals coauteur Shuhei Kanao zegt: “De reactie vindt plaats bij kamertemperatuur en vereist geen hoogenergetische lichtbronnen, die duur, kwetsbaar of gevaarlijk kunnen zijn.”
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
