Novo método para quebrar produtos químicos para sempre usa nanopartículas e ultrassom

O que espuma de combate a incêndio, utensílios de cozinha antiaderentes, tecidos repelentes de água e pesticidas têm em comum? Todos eles contêm substâncias perfluoroalquílicas e polifluoroalquilas, ou PFAS — produtos químicos feitos pelo homem que não se decompõem naturalmente. Não é de se admirar, então, que os PFAS estejam contaminando o solo e a água e também possam ser detectados nos corpos de humanos e animais. Os perigos são bem conhecidos: esses produtos químicos eternos podem danificar o fígado, desencadear distúrbios hormonais e causar câncer, para mencionar apenas alguns de seus efeitos.

Pesquisadores do grupo de Salvador Pané i Vidal, professor do Instituto de Robótica e Sistemas Inteligentes da ETH Zurich, desenvolveram um novo método para quebrar um subgrupo de PFAS chamado perfluorooctano sulfonatos, ou PFOS. Devido à sua toxicidade, os PFOS agora são severamente restritos ou até mesmo proibidos. O estudo foi publicado no periódico Pequena Ciência.

“O principal problema é que as moléculas consistem em longas cadeias de carbono cercadas por átomos de flúor. Essa ligação carbono-flúor é tão forte que você precisa de muita energia para quebrá-la”, diz Andrea Veciana, uma aluna de doutorado de Pané i Vidal.

Quebrando moléculas com ultrassom e nanopartículas

Para quebrar as moléculas de PFOS e, assim, degradá-las em água, os pesquisadores usaram piezocatálise pela primeira vez. “Piezo” se refere à piezoeletricidade, uma carga elétrica que é gerada durante a deformação mecânica, e “catálise” significa acelerar uma reação química com substâncias adequadas.

“Desenvolvemos nanomateriais que são piezoelétricos. A olho nu, esse material parece um pouco com areia”, diz Veciana. No banho ultrassônico, essas partículas se tornam eletricamente carregadas e agem como um catalisador. Pané i Vidal acrescenta: “É essa carga elétrica que coloca toda a cadeia de reação em movimento e quebra as moléculas de PFOS pedaço por pedaço. É por isso que as nanopartículas são chamadas piezoelétricas.”

Para medir a concentração de PFOS em suas amostras, os pesquisadores trabalharam com Samy Boulos, especialista analítico do Laboratório de Bioquímica de Alimentos. Usando um espectrômetro de massa, os pesquisadores conseguiram provar que 90,5% das moléculas de PFOS foram degradadas.

“No entanto, devemos ressaltar que estávamos trabalhando com uma concentração muito alta, de 4 miligramas por litro”, diz Veciana.

“No mundo natural, como em lagos e rios, a concentração de PFOS é menor que 1 micrograma por litro. E quanto menor a concentração, mais tempo leva para o PFOS se degradar.”

Algumas das tecnologias atualmente em desenvolvimento concentram primeiro a água e depois destroem o PFOS. Este também seria um passo fundamental na piezocatálise, que teria que ser implementado em uma aplicação específica, como um efluente da indústria química.

Melhor que métodos anteriores

O potencial do novo método fica claro ao considerar as opções existentes para degradar PFAS. “Um método é a decomposição térmica, mas isso requer uma temperatura de mais de 1.000 graus Celsius, o que o torna altamente intensivo em energia”, diz Veciana.

O PFAS também pode ser degradado por fotocatálise. Esse processo é semelhante à piezocatálise, mas usa luz para ativação do catalisador em vez de energia mecânica. O principal problema com esse método é que, na prática, o objetivo é tratar águas residuais e, como as águas residuais são turvas, há baixa penetração de luz.

Veciana menciona um terceiro método, “Há também a absorção, onde você usa um tipo de esponja para absorver os poluentes da água. Mas isso apenas muda o problema de um lugar para outro; agora você precisa de uma solução para a esponja permeada por PFAS.”

As desvantagens dos métodos existentes foram uma das razões pelas quais os pesquisadores do ETH foram procurar uma nova maneira de quebrar o PFAS. A piezocatálise tem a vantagem de poder trabalhar com diferentes fontes de energia mecânica.

“Se a água tiver que ser purificada em estações de tratamento de águas residuais e já houver turbulência na água, essa energia talvez possa ser aproveitada para quebrar o PFAS nela”, diz Veciana.

Combatendo o PFAS juntos

Infelizmente, o que os pesquisadores conseguiram em laboratório com amostras de água de 50 mililitros ainda não foi transferido para a prática. “A escalabilidade do nosso método é um dos maiores desafios”, diz Pané i Vidal.

“No entanto, conseguimos mostrar que a piezocatálise funciona como um método para degradar PFOS e tem vantagens sobre métodos anteriores.” Além disso, o método não pode ser usado apenas em PFOS, mas em qualquer outro PFAS e micropoluente.

Em geral, métodos para degradar PFAS devem ser usados ​​antes que os produtos químicos cheguem ao meio ambiente, ou seja, em estações de tratamento de águas residuais industriais ou em água agrícola coletada para reuso. “As empresas devem tomar todas as medidas possíveis para garantir que a água que elas liberam no meio ambiente seja a mais limpa possível”, diz Pané i Vidal.

Veciana acrescenta: “Os PFAS são um problema global que deve ser enfrentado, antes de tudo, por meio de mudanças políticas e mais transparência”. Já há muita cobertura da mídia sobre a proibição dos PFAS e regulamentações mais rigorosas para forçar a indústria a ser mais transparente sobre o uso desses produtos químicos.

Veciana diz: “No entanto, também é importante continuar a inovar por meio de pesquisas para reduzir e remediar a exposição existente aos PFAS o máximo possível.”