Los compuestos perfluoroalquilados y polifluoroalquilados (PFAS) son contaminantes persistentes generados por actividades humanas que han suscitado una creciente preocupación a nivel mundial. Estos compuestos, presentes en diversas fuentes de agua, se enfrentan a regulaciones cada vez más estrictas debido a su resistencia a la degradación y a los riesgos que suponen para la salud humana y el medio ambiente. Sin embargo, las estrategias actuales de desfluoración no térmica han mostrado limitaciones, dejando residuos de PFAS de cadena corta y iones de flúor, lo que dificulta el cumplimiento de los estándares de calidad del agua.
Un estudio reciente publicado en el Journal of the American Chemical Society por un equipo de investigadores dirigido por el profesor Wang Feng y el profesor asociado Jia Xiuquan del Instituto Dalian de Física Química de la Academia China de Ciencias (CAS), junto con el equipo del profesor Jiang Guibin del Centro de Investigación para Ciencias Ecológicas y Ambientales de la CAS, ha logrado la mineralización completa del ácido perfluorooctanoico (PFOA) y la inmovilización de flúor utilizando un micro-nubeo enriquecido con microgotas de wollastonita.
Innovaciones en la Mineralización de PFAS
El micro-nubeo se caracteriza por un rápido cambio de fase del agua entre la fase líquida, microgotas y vapor, impulsado por una pulverización ultrasónica. Durante este proceso, se generan gotas más grandes cargadas positivamente y gotas más pequeñas cargadas negativamente, un fenómeno conocido como el efecto Lenard. La atracción electrostática entre las gotas de carga opuesta provoca su rápida coalescencia, facilitando ciclos de fusión y pulverización que favorecen la transferencia de electrones, haciendo que las reacciones redox sean termodinámicamente viables.
Los investigadores han encontrado que las microgotas de wollastonita priorizan la desfluoración sobre la escisión de enlaces C-C en las cadenas perfluoroalquiladas a través de la electrificación por contacto en tres fases (líquido-sólido-gas), lo que resulta en una mineralización completa del PFOA con niveles de subproductos de PFAS de cadena corta apenas detectables. El desgaste mediado por microgotas de wollastonita desencadena la formación de estructuras interfaciales de CaF2-SiO2 mediante interacciones de enlace Si-F-Ca, permitiendo la inmovilización de flúor con una lixiviación casi nula.
Además, los investigadores demostraron que las reacciones de desfluoración se inician mediante la adición de electrones acoplada a la transferencia de protones o hidrógeno. Este enfoque redujo la concentración de PFOA a niveles muy por debajo de 4 ppt, el límite máximo establecido por la Agencia de Protección Ambiental de EE.UU., generando subproductos de PFAS de cadena corta en concentraciones muy inferiores a los 500 ppt, que es el límite propuesto por la Directiva de Agua Potable de la Agencia Europea de Medio Ambiente.
La interacción entre las microgotas y los minerales también permitió una eficiente cleavación de enlaces C-C, produciendo gas de síntesis con un rendimiento de carbono superior al 98% y relaciones H2/CO ajustables de 0.5 a 1. El profesor Wang destacó que este estudio no solo abre nuevas posibilidades para el tratamiento de agua bajo condiciones ambientales, sino que también sugiere que las microgotas provenientes de nubes y aerosol marino pueden poseer una capacidad de autolimpieza significativa para los contaminantes de PFAS a nivel global.
Más información:
Yifan Yang et al, Interactions of Aqueous Microdroplets and Mineral Particles Drive Fluorine-First Perfluoroalkyl Mineralization, Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c06438
Proporcionado por
Academia China de Ciencias
