Un nuevo método prometedor utiliza la luz para eliminar sustancias químicas para siempre.

Desde la invención del teflón en 1938, los PFAS y los polímeros perfluorados o PF se han utilizado ampliamente por su excepcional estabilidad y resistencia al agua y al calor. Estas propiedades los hacen ideales para una infinidad de aplicaciones, desde utensilios de cocina y ropa hasta espuma contra incendios. Sin embargo, esta misma estabilidad se ha convertido en un gran problema. Los PFAS no se descomponen fácilmente en el medio ambiente, lo que hace que se acumulen en el agua, el suelo e incluso en el cuerpo humano, donde provocan efectos cancerígenos y alteraciones hormonales. Hoy en día, estas sustancias químicas se encuentran en los suministros de agua potable, en los alimentos e incluso en el suelo de la Antártida. Aunque hay planes para eliminar gradualmente la producción de PFAS, son difíciles de tratar porque sólo se descomponen a temperaturas superiores a 400°C. Como resultado, ciertas cantidades de productos que contienen PFAS y PF terminan en vertederos, lo que potencialmente plantea riesgos de contaminación futuros.

Ahora, un método para reducir la temperatura ambiente propuesto por investigadores de la Universidad de Ritsumeikan podría revolucionar el tratamiento de las PFAS. Su estudio, publicado en la revista Edición Internacional de Química AplicadaEl 19 de junio de 2024, se detalla un método fotocatalítico que utiliza luz visible para descomponer las PFAS y otros polímeros fluorados (FP) en iones de flúor a temperatura ambiente. Utilizando este método, los investigadores lograron una desfluoración del 100 % del sulfonato de perfluorooctano (PFOS) en tan solo 8 horas de exposición a la luz.

“El método propuesto es prometedor para la descomposición eficiente de diversas sustancias perfluoroalcalinas en condiciones suaves, contribuyendo así significativamente al establecimiento de una sociedad de reciclaje de flúor sostenible”, afirma el profesor Yuichi Kobayashi, autor principal del estudio.

El método propuesto implica irradiar luz LED visible sobre nanocristales de sulfuro de cadmio (CdS) y nanocristales de CdS (Cu-CdS) dopados con cobre con ligandos de superficie de ácido mercaptopropiónico (MPA) en soluciones que contienen PFAS, FPolhanA y triete. Los investigadores descubrieron que la irradiación de estos nanocristales semiconductores produce electrones con un alto potencial de reducción que rompen los fuertes enlaces carbono-flúor en las moléculas de PFAS.

Para la reacción fotocatalítica, los investigadores agregaron 0,8 mg de nanocristales de CdS (NC), 0,65 mg de PFOS y 20 mg de TEOA a 1,0 ml de agua. Luego expusieron la solución a una luz LED de 405 nanómetros para iniciar la reacción fotocatalítica. Esta luz excita las nanopartículas, genera pares de huecos de electrones y promueve la eliminación de ligandos MPA de la superficie de los nanocristales, creando espacio para que las moléculas de PFOS se adsorban en la superficie NC.

Para evitar que los electrones fotoexcitados se recombinen con los huecos, se agrega TEOA para atrapar los huecos y prolongar la vida útil de los electrones reactivos disponibles para la descomposición de PFAS. Estos electrones se someten a un proceso de recombinación Auger, donde un excitón (un par electrón-hueco) se recombina de forma no radiativa, transfiere su energía a otro electrón y crea un electrón altamente excitado. Estos electrones altamente excitados tienen energía suficiente para participar en reacciones químicas con moléculas de PFOS adsorbidas en la superficie del NC. Las reacciones conducen a la ruptura de los enlaces carbono-flúor (CF) en el PFOS, lo que a su vez elimina los iones de flúor de las moléculas de PFAS.

La presencia de electrones hidratados, generados por la recombinación Auger, se confirmó mediante mediciones de fotólisis con flash láser, que identificaron las especies transitorias en función del espectro de absorción tras la excitación del pulso láser. La eficiencia de la defluoración depende de la cantidad de NC y TEOA utilizados en la reacción y aumenta con la duración de la exposición a la luz. Para el PFOS, la eficiencia de la desfluoración fue del 55 %, del 70 al 80 % y del 100 % para una irradiación de luz de 1, 2 y 8 h, respectivamente. Utilizando este método, los investigadores lograron con éxito una desfluoración del 81% del Nafion, un fluoropolímero, después de 24 horas de irradiación de luz. Nafion se utiliza ampliamente como membrana de intercambio iónico en electrólisis y baterías.

El flúor es un ingrediente importante en muchas industrias, desde la farmacéutica hasta las tecnologías de energía limpia. Al recuperar el flúor de los PFAS residuales, podemos reducir nuestra dependencia de la producción de flúor y establecer un proceso de reciclaje más sostenible. “Esta técnica contribuirá al desarrollo de tecnologías de reciclaje de elementos de flúor, que se utilizan en diversas industrias y apoyan nuestra próspera sociedad”, concluyó el profesor Kobayashi.