Neue „immer chemische“ Reinigungsstrategie entdeckt

Während die US-Umweltschutzbehörde hart gegen die heimtückische „ewige chemische“ Umweltverschmutzung vorgeht, suchen Beamte des Militärs und der kommerziellen Luftfahrt nach Möglichkeiten, diese Verschmutzung zu beseitigen, die durch den jahrzehntelangen Einsatz von Feuerlöschschäumen auf Militärflugplätzen und Verkehrsflughäfen entstanden ist.

Feuerlöschschäume enthalten Hunderte für immer gesundheitsschädliche Chemikalien, die Chemiker als PFAS oder Poly- und Perfluoralkylsubstanzen bezeichnen. Diese Verbindungen verfügen über hartnäckig starke Fluor-Kohlenstoff-Bindungen, die es ihnen ermöglichen, unbegrenzt in der Umwelt zu verbleiben, daher der Spitzname „ewige Chemikalien“. PFAS-Verbindungen, die auch in vielen anderen Produkten gefunden wurden, verunreinigen mittlerweile an vielen Orten im ganzen Land die Grundwasserversorgung, die von kommunalen Wasserversorgern angezapft wird.

Da sie mit einem höheren Risiko für bestimmte Krebsarten und andere Krankheiten verbunden sind, hat die EPA letzten Monat eine neue Regelung erlassen, die Wasserversorger verpflichtet, die Kontamination zu reduzieren, wenn die Werte für bestimmte PFAS-Verbindungen 4 Teile pro Billion überschreiten.

Glücklicherweise bietet eine gemeinsame Entdeckung von Wissenschaftlern der UC Riverside (UCR) und der Clarkson University in Potsdam, NY, eine neue Strategie zur Beseitigung dieser Schadstoffe.

Die Methode ist detailliert im Tagebuch Naturwasser. Dabei geht es um die Behandlung stark verunreinigten Wassers mit ultraviolettem (UV) Licht, Sulfit und einem Prozess namens elektrochemische Oxidation, erklärte Jinyong Liu, außerordentlicher Professor am UCR.

„In dieser Arbeit haben wir unsere Forschung zur UV-basierten Behandlung fortgesetzt, aber dieses Mal hatten wir eine Zusammenarbeit mit einem Experten für elektrochemische Oxidation an der Clarkson University“, sagte Liu, der fast 20 Artikel zur Behandlung von PFAS-Schadstoffen in kontaminiertem Wasser veröffentlicht hat . „Wir haben diese beiden Schritte kombiniert und eine nahezu vollständige Zerstörung von PFAS in verschiedenen durch die Schäume kontaminierten Wasserproben erreicht.“

Liu sagte, die Zusammenarbeit mit einem Team unter der Leitung von Assistenzprofessor Yang Yang am Clarkson habe große technische Probleme gelöst. Beispielsweise enthalten die Schäume verschiedene andere konzentrierte organische Verbindungen, die das Aufbrechen der starken Fluor-Kohlenstoff-Bindungen in den PFAS-Verbindungen behindern.

Liu und Yang fanden jedoch heraus, dass die elektrochemische Oxidation diese organischen Stoffe ebenfalls aufspaltet. Ihr Verfahren ermöglicht es auch, dass diese Reaktionen bei Raumtemperatur ablaufen, ohne dass zusätzliche Wärme oder hoher Druck zur Stimulierung der Reaktion erforderlich sind.

„In der realen Welt kann das kontaminierte Wasser sehr kompliziert sein“, sagte Liu. „Es enthält viele Dinge, die die Reaktion möglicherweise verlangsamen könnten.“

PFAS-Verbindungen werden in Tausenden von Produkten verwendet, von Kartoffelchipsbeuteln bis hin zu antihaftbeschichtetem Kochgeschirr. Feuerlöschschäume sind jedoch eine Hauptquelle der PFAS-Verunreinigung im Grundwasser, da sie seit Jahrzehnten zum Löschen von Flugtreibstoffbränden bei Hunderten von Militärangehörigen eingesetzt werden Standorte und Verkehrsflughäfen. Als Vorsichtsmaßnahme zur Verhinderung von Bränden wurden diese Schäume auch routinemäßig auf kleinere ausgelaufene Kraftstoffe aufgetragen.

Die in den 1960er Jahren von der US-Marine erfundenen Schäume bilden einen wässrigen Film um brennendes Benzin und andere brennbare Flüssigkeiten, der dem Feuer schnell den Sauerstoff entzieht und es löscht.

Aufgrund der weit verbreiteten Nutzung ordnete das Verteidigungsministerium landesweit eine Untersuchung von 715 Militärstandorten auf PFAS-Freisetzungen an und stellte Ende letzten Jahres fest, dass 574 dieser Standorte gemäß den Bundesgesetzen weitere Untersuchungen oder Sanierungsarbeiten benötigen.

PFAS-Reinigungen wurden letzten Monat immer dringlicher, als die EPA eine neue Vorschrift einführte, die Wasserversorger dazu verpflichtet, die Kontamination zu reduzieren, wenn die Werte für bestimmte PFAS-Verbindungen 4 Teile pro Billion überschreiten.

Liu sagte, die Methode, die er zusammen mit Yang entwickelt habe, sei gut geeignet für die Reinigung stark verunreinigten Wassers, das zum Ausspülen von Tanks, Schläuchen und anderen Feuerlöschgeräten verwendet werde. Die Methode kann auch zur Behandlung von Restbehältern mit PFAS-haltigen Schaumstoffen eingesetzt werden.

Ihre Methode kann Wasserversorgern auch bei der Bewältigung der Grundwasserverschmutzung helfen. Kontaminiertes Grundwasser wird oft durch Ionenaustauschtechnologien behandelt, bei denen die PFAS-Moleküle in großen Aufbereitungstanks auf Harzkügelchen aufprallen. Das von Liu und Yang entwickelte UV-Licht und die elektrochemische Oxidationsmethode können auch die Regeneration von Perlen unterstützen, sodass sie recycelt werden können, sagte Liu.

„Wir wollen eine nachhaltige Bewirtschaftung des Harzes“, sagte Liu. „Wir wollen es wiederverwenden.“

Der Titel der Studie lautet „Nahezu vollständige Zerstörung von PFAS in wässrigem filmbildendem Schaum durch integrierte photoelektrochemische Prozesse.“ Neben Liu und Yang sind die Autoren Yunqiao Guan, Zekun Liu, Nanyang Yang, Shasha Yang und Luz Estefanny Quispe-Cardenas, aktuelle oder ehemalige Doktoranden an der UCR und Clarkson.