Investigadores de la Universidad Estatal de Colorado han encontrado un nuevo método para descomponer los PFAS, un grupo de sustancias químicas artificiales “para siempre” comúnmente utilizadas por sus propiedades repelentes al agua que pueden conllevar riesgos para la salud por exposición a largo plazo.
Separar el enlace carbono-flúor que se encuentra en los compuestos PFAS (sustancias perfluoroalquilo y polifluoroalquilo) es particularmente desafiante. Esta estabilidad ha llevado al uso generalizado de estos productos químicos manufacturados en entornos médicos, industriales y comerciales. Sin embargo, esa estabilidad inherente también hace que sea difícil eliminarlos y, con el tiempo, llegan al agua, el aire y el suelo de todo el mundo, según la Agencia de Protección Ambiental. La EPA dice que la exposición crónica a estos compuestos puede causar problemas de salud, incluido cáncer o problemas reproductivos.
En un artículo publicado hoy la naturalezaLos investigadores de CSU demuestran un sistema fotocatalítico basado en luz LED eficiente que se puede utilizar para romper esos enlaces clave de carbono y flúor a temperatura ambiente. El sistema es una mejora con respecto a los procesos tradicionales de fabricación de productos químicos que normalmente requieren temperaturas más altas para lograr resultados similares.
El trabajo en CSU fue dirigido por Garrett Miak, profesor de química. Su equipo se asoció en el artículo con el profesor de química de CSU, Robert Patton, así como con el profesor Nils Damrau de la Universidad de Colorado Boulder.
Miyake dijo que la experiencia complementaria entre estos equipos ha llevado a estos hallazgos de investigación interdisciplinaria de alto impacto.
“Nuestro enfoque es un avance fundamental en la biosíntesis que logra la activación de estos desafiantes enlaces carbono-flúor en una variedad de condiciones”, dijo. “Nuestro método es más sostenible y eficiente y puede utilizarse para abordar compuestos resistentes en los plásticos, por ejemplo, además de los usos obvios relacionados con los PFAS”.
La mayoría de la población del mundo está expuesta a las PFAS al tocar o ingerir materiales que las contienen. Una fuente común de exposición es el agua potable, pero los compuestos también se pueden encontrar en productos de consumo antiadherentes, envases de alimentos y procesos de fabricación en general. La investigación dirigida por la EPA muestra que incluso una exposición de bajo nivel puede causar efectos en el desarrollo, como bajo peso al nacer o función inmune reducida, entre muchos otros problemas de salud.
El investigador postdoctoral Mihai Popescu fue el autor del artículo y contribuyó a la comprensión mecanicista del estudio mediante química computacional. El próximo desafío, dijo, será adoptar la tecnología y prepararla para su aplicación en muchas áreas.
“Necesitamos hacer que esta tecnología sea más práctica para que pueda usarse en el agua o en el suelo, donde se encuentran los PFAS”, afirmó Popescu. “Necesitamos que la química que estamos demostrando aquí sea efectiva en esa situación, y ahí es donde queda mucho trabajo por hacer”.
Miyake actualmente se desempeña como director del Centro de Catálisis Fotoredox Sostenible (SuPRCat) financiado por la Fundación Nacional de Ciencias en el campus. El centro se inauguró en 2023 con el objetivo de desarrollar procesos de producción química que aprovechen la energía luminosa y utilicen materiales fácilmente disponibles como catalizadores.
Miyake señaló que todos los días se llevan a cabo en el centro proyectos de investigación similares a los discutidos en el artículo. El investigador postdoctoral Jean Liu, que dirigió el desarrollo sintético del trabajo y también es miembro del SuPRCat, afirma que el trabajo tiene mucho potencial.
“Este documento trata específicamente sobre sustancias químicas perpetuas, pero nuestro enfoque hacia SuPRCat para utilizar luces LED presenta muchas posibilidades para lograr estas reacciones de una manera más sostenible y eficiente”, dijo Liu. “Desde tratar con plásticos que no se degradan rápidamente hasta mejorar el proceso de fabricación de los fertilizantes necesarios, ésta es un área clave y algo que CSU está bien posicionado para liderar”.