Zat perfluoroalkyl dan polyfluoroalkyl, atau PFASada mendapat julukan itu “selamanya bahan kimia” dari kemampuannya yang luar biasa untuk bertahan di lingkungan lama setelah digunakan.
Senyawa sintetis ini, yang biasa digunakan dalam produk konsumen dan aplikasi industri karena sifat tahan air dan lemaknya, kini ditemukan hampir di mana-mana. di lingkungan.
Meskipun banyak bahan kimia yang akan terurai relatif cepat setelah dihapus, PFAS dapat direkatkan hingga 1.000 tahun. Daya tahan ini membuatnya bagus untuk digunakan dalam busa pemadam kebakaran, peralatan masak antilengket, pakaian tahan air, dan bahkan kemasan makanan.
Namun, daya tahannya berarti mereka dapat bertahan di tanah, air, dan bahkan organisme hidup. Mereka dapat terakumulasi seiring berjalannya waktu mempengaruhi kesehatan baik ekosistem maupun manusia.
Beberapa penelitian awal telah menunjukkan hubungan potensial antara paparan PFAS dan berbagai hal masalah kesehatan-termasuk kanker, penekanan sistem kekebalan tubuh dan gangguan hormon. Kekhawatiran ini mendorong para ilmuwan untuk melakukan penelitian cara efektif untuk menguraikannya bahan kimia yang membandel ini.
Kami adalah tim peneliti yang telah mengembangkan sistem kimia yang menggunakan cahaya untuk memutus ikatan antara atom karbon dan fluor. Ikatan kimia yang kuat ini membantu PFAS melawan degradasi. Kami menerbitkan karya ini di Alam pada bulan November 2024, dan diharapkan teknik ini dapat membantu mengatasi meluasnya kontaminasi yang disebabkan oleh zat-zat tersebut.
Mengapa senyawa PFAS sangat sulit terurai?
Senyawa PFAS memiliki ikatan karbon-fluor, salah satu yang terkuat dalam bidang kimia. Obligasi ini membuat PFAS sangat stabil. Mereka menolak proses degradasi yang biasanya memecah bahan kimia industri –termasuk hidrolisis, oksidasidan degradasi mikroba.
Metode pengolahan air konvensional dapat menghilangkan PFAS dari airnamun proses ini hanya mengkonsentrasikan polutan dan bukan menghancurkannya. Bahan sarat PFAS yang dihasilkan biasanya dikirim ke tempat pembuangan sampah. Setelah dihilangkan, mereka masih dapat larut kembali ke lingkungan.
Metode saat ini untuk memutus ikatan karbon-fluor bergantung pada penggunaan logam dan banyak lagi suhu tinggi. Misalnya, logam platina dapat digunakan untuk tujuan ini. Ketergantungan ini menjadikan metode ini mahal, boros energi, dan sulit digunakan dalam skala besar.
Cara kerja sistem fotokatalitik baru kami
Metode baru yang dikembangkan oleh tim kami menggunakan a fotokatalis organik murni. Fotokatalis adalah zat yang mempercepat reaksi kimia dengan menggunakan cahaya, tanpa dikonsumsi dalam proses tersebut. Sistem kami memanfaatkan energi dari LED biru yang murah untuk menggerakkan serangkaian reaksi kimia.
Setelah menyerap cahaya, fotokatalis mentransfer elektron molekul yang mengandung fluor, yang memecah ikatan karbon-fluor yang kaku.
Dengan menargetkan dan membongkar secara langsung struktur molekul PFAS, sistem fotokatalitik seperti milik kita memiliki potensi mineralisasi lengkap. Mineralisasi lengkap adalah proses yang mengubah bahan kimia berbahaya ini menjadi produk akhir yang tidak berbahaya, seperti hidrokarbon dan ion fluorida, yang mudah terdegradasi di lingkungan. Produk yang terurai kemudian dapat diserap kembali dengan aman oleh tanaman.
Potensi penerapan dan manfaat
Salah satu aspek yang paling menjanjikan dari sistem fotokatalitik baru ini adalah kesederhanaannya. Pengaturannya pada dasarnya adalah sebuah botol kecil yang diterangi oleh dua LED, dengan dua kipas kecil ditambahkan untuk menjaganya tetap dingin selama proses berlangsung. Ia bekerja dalam kondisi ringan dan tidak menggunakan logam apa pun seringkali berbahaya untuk ditangani dan terkadang dapat meledak.
Mengandalkan sistem pada cahaya – sumber energi yang mudah didapat dan terbarukan – dapat menjadikannya layak secara ekonomi dan berkelanjutan. Saat kami menyempurnakannya, kami berharap suatu hari nanti dapat beroperasi dengan masukan energi minimal, melebihi energi yang menggerakkan cahaya.
Platform ini juga dapat mengubah molekul organik lain yang mengandung ikatan karbon-fluor menjadi bahan kimia yang berharga. Misalnya ribuan fluoroarena mereka umumnya tersedia sebagai bahan kimia industri dan reagen laboratorium. Mereka dapat diubah menjadi bahan penyusun untuk membuat berbagai bahan lainnya, termasuk obat-obatan dan barang sehari-hari.
Tantangan dan arah masa depan
Meskipun sistem baru ini menunjukkan potensi, tantangannya masih ada. Saat ini, kami hanya dapat mendegradasi PFAS dalam skala kecil. Meskipun pengaturan eksperimental kami efektif, hal ini memerlukan peningkatan yang signifikan untuk mengatasi masalah PFAS dalam skala yang lebih besar. Selain itu, molekul besar dengan ratusan ikatan karbon-fluor, seperti Teflon, tidak larut dalam pelarut yang kita gunakan untuk reaksi ini, bahkan pada suhu tinggi.
Akibatnya, sistem saat ini tidak dapat menguraikan bahan-bahan tersebut dan kami perlu melakukan penelitian lebih lanjut.
Kami juga ingin meningkatkan stabilitas jangka panjang katalis ini. Saat ini, fotokatalis organik ini terdegradasi seiring berjalannya waktu, terutama ketika berada di bawah pencahayaan LED yang konstan. Oleh karena itu, merancang katalis yang mempertahankan efisiensinya dalam jangka panjang akan sangat penting untuk penggunaan praktis dalam skala besar. Mengembangkan metode untuk meregenerasi atau mendaur ulang katalis ini tanpa kehilangan kinerja juga akan menjadi kunci untuk meningkatkan teknologi ini.
Dengan rekan-rekan kita masuk Pusat Katalisis Fotoredoks Berkelanjutankami berencana untuk terus mengerjakan katalisis yang digerakkan oleh cahaya untuk menemukan lebih banyak reaksi yang digerakkan oleh cahaya memecahkan masalah-masalah praktis. SuPRCat adalah a Yayasan Sains Nasional-Pusat Inovasi Kimia nirlaba yang didanai. Tim di sana bekerja untuk mengembangkan reaksi untuk produksi bahan kimia yang lebih berkelanjutan.
Tujuan utamanya adalah menciptakan sistem yang dapat menghilangkan kontaminan PFAS dari air minum di instalasi pengolahan, namun hal tersebut masih jauh dari harapan. Kami juga ingin suatu hari nanti menggunakan teknologi ini untuk membersihkan tanah yang terkontaminasi PFAS, menjadikannya aman untuk pertanian dan mengembalikan fungsinya terhadap lingkungan.
Arindam Sau adalah mahasiswa PhD bidang kimia di Universitas Colorado Boulder.
Mihai Popescu adalah rekan pascadoktoral di bidang kimia di Universitas Negeri Colorado.
Xin Liu adalah peneliti pascadoktoral di bidang kimia di Colorado State University.
Artikel ini telah diterbitkan ulang oleh Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Bacalah artikel asli.
Source link
