Un nuevo método descompone sustancias químicas peligrosas en sustancias inofensivas. Los hallazgos muestran que la tecnología ultrasónica puede tratar eficazmente las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS), comúnmente conocidas como "químicos permanentes", para limpiar el agua subterránea contaminada. Desarrollados hace casi un siglo, estos productos químicos se utilizan para fabricar una amplia gama de productos, como sartenes antiadherentes, ropa impermeable y productos de cuidado personal. Hoy en día, los científicos saben que la exposición a las PFAS puede causar una variedad de problemas de salud humana, como defectos de nacimiento y cáncer. Pero debido a que los enlaces dentro de estas sustancias químicas no se rompen fácilmente, son difíciles de eliminar del medio ambiente.
Una nueva investigación muestra que la tecnología ultrasónica puede tratar eficazmente el químico dañino sulfonato de perfluorooctano (PFAS) en aguas subterráneas contaminadas. Este método se diferencia de los métodos de tratamiento tradicionales en que es más eficaz para degradar compuestos de PFAS más pequeños. Este estudio amplía el trabajo previo de degradación de fármacos al demostrar que el ultrasonido puede romper los enlaces estables de carbono y flúor en las PFAS. Si bien este enfoque es costoso y consume mucha energía, podría ser fundamental para proteger las fuentes de agua y apunta a una posible dirección para futuras tecnologías de tratamiento de agua.
Estas dificultades llevaron a los investigadores de la Universidad Estatal de Ohio a estudiar cómo la sonicación, un proceso que utiliza el sonido para degradar sustancias al dividir las moléculas que las componen, funciona en diferentes tipos y concentraciones de estos químicos.
Sonicación: una posible solución
Al experimentar con una mezcla hecha en laboratorio que contiene tres tamaños diferentes de compuestos de ácido fluorobencenosulfónico, compuestos PFAS que se encuentran comúnmente en la espuma contra incendios, sus resultados mostraron que en tres horas, los compuestos más pequeños se degradaban mucho más rápido que los compuestos más grandes. Esto contrasta con muchos otros métodos de tratamiento con PFOS, donde los PFOS más pequeños son en realidad más difíciles de tratar.
"Nuestro estudio muestra que los compuestos más pequeños y desafiantes pueden tratarse de manera más efectiva que los compuestos más grandes", dijo la coautora del estudio Linda Weavers, profesora de ingeniería civil, ambiental y geotécnica en la Universidad Estatal de Ohio. "Ahí es donde reside el valor potencial de esta tecnología".
La investigación fue publicada en el Journal of Physical Chemistry A.
Uno de los pocos estudios que explora cómo se puede utilizar el ultrasonido para eliminar el químico tóxico sulfonato de perfluorooctano (PFAS) de nuestro entorno, el artículo es una extensión de la investigación anterior de Weavers, que encontró que la misma tecnología también podría degradar los productos farmacéuticos en el agua del grifo y las aguas residuales municipales.
Ultrasonido versus métodos tradicionales.
"Los compuestos PFAS son únicos porque muchas de las técnicas de destrucción que utilizamos en ingeniería ambiental para otros compuestos difíciles de eliminar no funcionan con ellos", dijo Weavers. "Así que realmente necesitamos desarrollar una variedad de técnicas para identificar cuáles podrían ser útiles en diferentes aplicaciones".
A diferencia de otros métodos de destrucción tradicionales que intentan descomponer el PFOS reaccionando con sustancias químicas oxidantes, el ultrasonido descontamina estas sustancias emitiendo sonidos a frecuencias mucho más bajas que las que se utilizan normalmente en imágenes médicas. Las ondas de presión de baja frecuencia del ultrasonido comprimen y separan la solución, creando bolsas de aire llamadas burbujas de cavitación. A medida que las burbujas colapsan, ganan un enorme impulso y energía, comprimiéndolas y sobrecomprimiéndolas, calentándolas.
"Como una potente cámara de combustión, la temperatura dentro de estas pequeñas burbujas puede alcanzar hasta 10.000 Kelvin, y es este calor el que rompe los enlaces estables de carbono y flúor de los que está hecho el PFOS y hace que los subproductos sean esencialmente inofensivos", dijo Wevers. "Desafortunadamente, este método de degradación puede ser costoso y consumir mucha energía, pero con pocas opciones más, el público puede querer considerar invertir en este método para proteger el agua subterránea para beber y otros usos".
Respuestas regulatorias y conciencia pública
Al mismo tiempo que la fabricación está abandonando el uso de PFAS, los reguladores también están trabajando para aumentar la conciencia pública sobre cómo evitar el uso de PFAS. A principios de este año, la EPA propuso la Regulación Nacional Primaria de Agua Potable (NPDWR), que requeriría que los sistemas públicos de agua monitoreen ciertos PFAS, notifiquen al público los niveles de estas sustancias y tomen medidas para reducir sus niveles si los niveles exceden ciertos límites.
Debido a que el ultrasonido es eficaz para eliminar el PFOS de las soluciones, el estudio concluyó que los científicos y las agencias gubernamentales deberían considerar el uso del ultrasonido en el futuro desarrollo de tecnología de tratamiento y junto con otros métodos de tratamiento integrados.
Si bien la investigación de Weavers aún no puede generalizarse a esfuerzos anticontaminación más amplios, el estudio sugiere que su trabajo podría ser el comienzo de la creación de pequeños dispositivos de filtración de agua de alta energía para que el público los utilice en sus hogares.
"Nuestra investigación gira en torno a cómo ampliar esto y qué se necesita para que funcione", dijo Wevers. "Estos compuestos se encuentran en todas partes, por lo que a medida que aprendemos más sobre ellos, comprender cómo se degradan y descomponen es importante para avanzar en la ciencia".