Tapadásmentes konyhai eszközöktől az ételcsomagoláson át a vízálló sminkekig megannyi különféle termék előállításához használnak PFA-kat világszerte az 1940-es évek óta. Mintegy 12 ezer szintetikus vegyi anyag tartozik ebbe a csoportba, amelyek közös jellemzője, hogy egy olyan szén-fluor kötést tartalmaznak, amelyet lényegében semmi sem tud lebontani a természetben. Így tehát amikor ezek a vegyületek bekerülnek a környezetbe, a Föld vízkörforgásának részévé válnak. Mint az a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem (UCLA) közleményében olvasható, az elmúlt hetven évben a PFA-k mondhatni minden egyes csepp vizet beszennyeztek a bolygón, és az említett kémiai kötésük miatt a vízkezelő rendszerek zöme sem tudja ezeket ártalmatlanítani.
A tudomány ráadásul csak az utóbbi időben kezdi felismerni, mekkora veszélyt is jelent valójában a PFA-k felhalmozódása az emberi és állati szervezetben. A többi között rákbetegségek és pajzsmirigyproblémák is kapcsolatba hozhatók a jelenséggel. Sürgető tehát, hogy megoldás szülessen arra, hogyan lehetne hatékonyan kivonni a PFA-kat a vízből. A kutatók többféle módszerrel is kísérleteznek, ezek azonban jellemzően vagy extrém magas hőmérsékletet, speciális vegyületeket, esetleg UV-fényt igényelnek, vagy olyan melléktermékeket hoznak létre, amelyek szintén károsak, így további vízkezelési lépéseket tesznek szükségessé.
Lefejezi a PFA-kat egy új technológia
A Science című tudományos folyóiratban publikált tanulmányukban az UCLA és a Northwestern Egyetem kutatói most bemutattak egy olyan eljárást, amely a korábbiaknál életszerűbb megoldást kínálhat a problémára. William Dichtel és Brittany Trang, az utóbbi egyetem kémikusai felfigyeltek ugyanis arra, hogy a PFA-vegyületek egyrészt egy makacs szén-fluor kötések alkotta farokrészre, másrészt egy fejrészre oszthatók fel, amelyben gyakran találhatók negatív töltésű oxigénatomok. Márpedig ezek erős reakcióba tudnak lépni más vegyületekkel.
Dichtel csapata mindezek alapján kialakított egy kémiai guillotint. A PFA-kat tartalmazó vizet dimetil-szulfoxid (DMSO) és nátrium-hidroxid, avagy lúgkő hozzáadásával 80-120 Celsius-fok közötti hőmérsékletre melegítették fel a kutatók. Az eljárás a PFA-kat elválasztotta a fejrészüktől, és nem maradt hátra más, csak a reaktív farokrész. Végül mindennek hatására fluoratomok kezdtek kiválni a vegyületekből, fluoridot alkotva, amely a fluor legbiztonságosabb formája. „A szén-fluor kötések szupererősek, a töltéssel rendelkező fejrészük jelenti viszont az Achilles-sarkukat” – magyarázta Dichtel.
A kísérlet ugyanakkor egy váratlan eredményt is hozott, a vegyületek ugyanis nem pontosan úgy bomlottak szét, ahogy azt a kutatók várták. A rejtély feloldása érdekében Kendall Houkhoz, az UCLA professzorához és Yuli Lihez, a Tiencsini Egyetem hallgatójához, Houk csapatának távmunkában dolgozó szakemberéhez fordultak segítségért. A kutatók arra számítottak, hogy a PFA-vegyületek szétesése közben egyszerre csak egy szénatom hasad majd le azokból. Li és Houk számítógépes szimulációiból viszont kiderült, hogy valójában két-három szénatom is levált a moluklákról szimultán. A szimulációkból ugyanakkor arra is fény derült, hogy a folyamat során kizárólag fluorid, szén-dioxid és hangyasav képződik melléktermékként. Utóbbi kettő ártalmatlan, fluoridot pedig egyes helyeken szándékosan adnak az ivóvízhez a fogszuvasodás megelőzése érdekében. Dichtel és Trang a melléktermékek mibenlétét később további kísérletek során is igazolni tudta.
A kutatások egyelőre tíz különböző típusú PFA lebontására terjedtek ki, a tanulmány szerzői ugyanakkor azt remélik, hogy módszerük valamennyi PFA esetében működni fog, amely karbonsavakat tartalmaz. Emellett segíthet megtalálni a PFA-k többi osztályának gyenge pontjait is. Houk ezen felül felhívta a figyelmet, hogy a technológia egyszerűsége, a viszonylag alacsony melegítési igény és a káros melléktermékek hiánya azt jelenti, hogy lényegében nincs felső korlátja annak, mennyi vizet lehet egyszerre kezelni vele. Összességében tehát egy hatékony eszközt szolgáltathat a víztisztító telepek számára a PFA-k eltávolításához az ivóvízből.
