Um estudo recente mostra que os nanocristais de óxido de zinco podem quebrar com eficiência os produtos químicos PFAS, como o PFOS, sob luz ambiente; uma nova solução de baixo consumo energético para combater os “produtos químicos eternos”.
Estudar: Desfluoração fotocatalítica de substâncias perfluoroalquílicas por nanocristais de ZnO de engenharia de superfície. Crédito da imagem: veeart/Shutterstock.com
Um grupo de pesquisadores de Universidade Ritsumeikan demonstrou que nanocristais de óxido de zinco revestidos com ligantes específicos podem efetivamente desfluorar o ácido perfluorooctanossulfônico, uma substância perfluoroalquila proeminente.
Este método tem potencial para enfrentar os desafios associados à pré-ciclagem de substâncias erfluoroalquil (PFAS). O estudo foi publicado na revista Ciência Química.
As substâncias perfluoroalquílicas (PFASs) são uma categoria de produtos químicos sintéticos que têm sido amplamente utilizados por suas propriedades de resistência à água e manchas, bem como por sua excepcional estabilidade química.
Os PFASs foram anteriormente apreciados pela sua capacidade de resistir ao calor, à água e ao óleo. Essas substâncias têm sido utilizadas na fabricação de produtos comuns e industriais. As moléculas de PFAS consistem em uma cadeia de átomos de carbono e flúor interligados.
No entanto, estas substâncias acumulam-se frequentemente no ambiente, representando riscos ambientais e de saúde significativos. Ao longo da última década, os países começaram a introduzir legislação para eliminar gradualmente a sua utilização.
A energia necessária para romper a ligação carbono-flúor (CF) é extremamente elevada, tornando estes compostos robustos e excepcionalmente resistentes à degradação biológica.
Os PFASs são frequentemente chamados de “produtos químicos eternos” devido à sua dificuldade de degradação. Esta persistência contribui para a poluição e a bioacumulação contínuas, aumentando as apreensões globais relativamente à exposição prolongada e aos ciclos de contaminação que afectam os ecossistemas e a saúde humana.
A desfluoração de PFAS refere-se ao processo de extração de átomos de flúor da molécula, o que resulta em diminuição da estabilidade e aumento da vulnerabilidade a decomposição adicional.
Os métodos convencionais de degradação de PFAS apresentam desafios, pois necessitam de produtos químicos agressivos ou de energia substancial. O avanço de técnicas inovadoras, sustentáveis e energeticamente eficientes é essencial para facilitar a reciclagem de PFAS e aliviar os riscos ambientais associados a estas substâncias.
O estudo recente investigou a aplicação potencial de nanocristais (NCs) de óxido de zinco (ZnO) no processo de desfluoração de PFAS. Esses NCs, reconhecidos por suas características fotocatalíticas, podem aproveitar a luz para produzir espécies reativas que decompõem contaminantes orgânicos. Para melhorar a sua eficiência, os NCs foram cobertos com vários ligantes.
O ácido perfluorooctanossulfônico ou PFOS é um composto PFAS que já foi amplamente utilizado, mas agora é estritamente regulamentado, e queríamos ver se NCs de ZnO com cobertura de ligante podem desfluorá-lo.
Yoichi Kobayashi, professor, Universidade Ritsumeikan
A pesquisa concentrou-se principalmente na eficiência de desfluoração de nanocristais de ZnO (NCs), que foram tampados com ácido acético (AA – ZnO NCs) ou ácido 3-mercaptopropiônico (MPA – ZnO NCs). Além disso, vários outros ligantes orgânicos foram empregados para cobrir as NCs para fins de análise comparativa.
Os experimentos de desfluoração foram realizados utilizando fonte de luz LED de 365 nm, pois simula as condições de iluminação ambiente. A eficácia da desfluoração destas NCs cobertas por ligantes também foi avaliada em várias outras substâncias per e polifluoroalquil (PFASs), incluindo ácido trifluoroacético e Nafion.
Os NCs AA – ZnO demonstraram uma alta eficiência na desfluoração de PFOS quando submetidos à irradiação de luz quase UV sob condições ambientais.
O ligante de ácido acético foi significativamente mais eficaz que o ácido 3-mercaptopropiônico, já que as NCs de MPA-ZnO alcançaram apenas 8,4% de desfluoração após um período de 24 horas, enquanto as NCs de AA-ZnO atingiram uma taxa de desfluoração impressionante de até 92% após 24 horas sob condições otimizadas.
Para avaliar a sustentabilidade destas NCs, também foram investigadas a sua durabilidade e a redução da eficiência catalítica ao longo do tempo. Os resultados indicaram que a reação de decomposição ocorreu ao longo de múltiplos ciclos, com um único ZnO NC capaz de quebrar até 8.250 ligações CF, destacando seu potencial de reutilização.
Nanocristais de óxido de zinco (ZnO NCs) são altamente eficazes no processo de desfluoração devido às suas características distintas. Eles possuem baixa toxicidade, são econômicos e podem ser fabricados em larga escala, ao contrário de muitos catalisadores anteriores.
“A reação ocorre à temperatura ambiente e não requer fontes de luz de alta energia, que podem ser caras, frágeis ou perigosas”, mencionou o Sr. Shuhei Kanao.
Este sistema de fotodegradação suave foi projetado para enfrentar o desafio globalmente significativo de reciclagem de PFAS. É aplicável para mitigar a contaminação industrial de PFAS e pode ser usado em instalações de produção de fluoroquímicos, fábricas de semicondutores, setor de reciclagem, estações de tratamento de águas residuais e muito mais.
A poluição por PFAS é uma preocupação mundial, e esta tecnologia simples baseada em NC poderia contribuir significativamente para resolver este problema.
Yoichi Kobayashi, professor, Universidade Ritsumeikan
Referência do diário
Kanao, S., e outros. (2025) Desfluoração fotocatalítica de substâncias perfluoroalquílicas por nanocristais de ZnO de engenharia de superfície. Ciência Química. DOI: 10.1039/D5SC05781G.