Sentetik kimyasalların geniş bir sınıfı olan perfloroalkil maddeler (PFAS’lar); ısıya, suya ve yağa dayanıklılık özellikleriyle değer görmektedir. Bu malzemeler, endüstriyel ürünlerin yanı sıra günlük eşyaların üretiminde de kullanılır. PFAS molekülleri, birbirine bağlı karbon ve flor atomlarından oluşan bir zincirden meydana gelir. Karbon-flor (C-F) bağını kırmak için gereken enerji son derece yüksektir; bu da bu bileşikleri dayanıklı ve biyolojik bozunmaya karşı oldukça dirençli kılar. Ancak PFAS’lar, kolayca parçalanmadıkları için genellikle “sonsuz kimyasallar” olarak da adlandırılır. Bu kalıcılık, sürekli kirliliğe ve biyobirikime yol açarak ekosistemler ve insanlar için uzun vadeli maruziyet ve kontaminasyon döngüleri konusunda küresel endişeleri artırmaktadır.
PFAS bozunmasındaki zorluklar ve yeni yaklaşımlar
PFAS deflorinasyonu, flor atomlarının molekülden uzaklaştırılması işlemidir; bu işlem molekülü daha az kararlı hale getirerek daha fazla parçalanmaya açık kılar. Geleneksel PFAS bozunma teknikleri, sert kimyasallar veya yüksek enerji gerektirdiği için zorlayıcıdır. PFAS’ların geri dönüştürülmesini sağlamak ve PFAS kaynaklı çevresel riskleri azaltmak için yeni, sürdürülebilir ve enerji verimli yöntemlerin geliştirilmesi gerekmektedir. Japonya’daki Ritsumeikan Üniversitesi’nden Profesör Yoichi Kobayashi liderliğinde ve yine aynı üniversiteden Bay Shuhei Kanao ile yürütülen yeni bir çalışma, PFAS deflorinasyon sürecinde çinko oksit (ZnO) nanokristallerinin (NC’ler) kullanılma olasılığını araştırdı. Fotokatalitik özellikleriyle bilinen NC’ler, organik kirleticileri parçalayan reaktif türler oluşturmak için ışığı kullanabilir. Verimliliği artırmak amacıyla farklı ligandlarla kaplanmış NC’ler kullanıldı. Çalışma, Chemical Science dergisinde çevrimiçi olarak yayımlandı.
Çalışma odağı ve deneysel detaylar
Prof. Kobayashi, “Perflorooktan sülfonik asit veya PFOS, bir zamanlar yaygın olarak kullanılan ancak şu anda sıkı bir şekilde düzenlenen bir PFAS bileşiğidir; ligand kaplı ZnO NC’lerin bunu deflorine edip edemeyeceğini görmek istedik,” dedi. Çalışma esas olarak, asetik asit (AA-ZnO NC’ler) veya 3-merkaptopropiyonik asit (MPA-ZnO NC’ler) ile kaplanmış ZnO NC’lerin deflorinasyon verimliliğine odaklandı. Karşılaştırmalı analiz için NC’leri kaplamak üzere başka bazı organik ligandlar da kullanıldı. Deflorinasyon deneyi, ortam aydınlatma koşullarını taklit ettiği için 365 nm LED ışığı kullanılarak gerçekleştirildi. Bu ligand kaplı NC’lerin deflorinasyon etkisi, trifloroasetik asit ve Nafion gibi diğer birkaç PFAS üzerinde de test edildi.
Temel bulgular ve çıkarımlar
AA-ZnO NC’ler, ortam koşulları altında yakın-UV ışığı ile ışınlanarak PFOS’u verimli bir şekilde deflorine edebildi. Asetik asit ligandının varlığının, 3-merkaptopropiyonik asitten çok daha verimli olduğu kanıtlandı; MPA-ZnO NC’ler 24 saat sonra yalnızca %8,4 deflorinasyon sağlarken, AA-ZnO NC’ler optimize edilmiş koşullar altında 24 saat sonra %92’ye varan bir deflorinasyon oranı sergiledi. Bu NC’lerin sürdürülebilirliğini sağlamak için dayanıklılıkları ve zamanla katalitik verimliliklerindeki azalma da test edildi. Bulgular, ayrışma reaksiyonunun birden fazla döngü boyunca devam ettiğini ve tek bir ZnO NC’nin 8.250’ye kadar C-F bağını koparabildiğini göstererek yeniden kullanılabilirliğine işaret etti. ZnO NC’ler, benzersiz özellikleri sayesinde deflorinasyon sürecinde verimli bir şekilde kullanılabilir. Önceki birçok katalizörün aksine düşük toksisiteye sahiptirler, ucuzdurlar ve büyük ölçekte üretilebilirler. Bay Shuhei Kanao, “Reaksiyon oda sıcaklığında gerçekleşiyor ve maliyetli, kırılgan veya tehlikeli olabilen yüksek enerjili ışık kaynakları gerektirmiyor,” dedi. Bu hafif fotobozunma sistemi, küresel ölçekte kritik olan PFAS geri dönüşüm sorununu çözme kapasitesine sahiptir. Endüstriyel PFAS kirliliğiyle mücadelede kullanılabileceği gibi florokimyasal malzeme üretim birimlerinde, yarı iletken üretim birimlerinde, geri dönüşüm endüstrisinde, atık su arıtma tesislerinde ve daha fazlasında kullanılabilir.
Prof. Kobayashi, “PFAS kirliliği dünya çapında bir endişe kaynağıdır ve bu basit NC tabanlı teknoloji, bu sorunla mücadeleye önemli ölçüde katkıda bulunabilir,” diyerek sözlerini tamamladı.
Kaynak
Publication details
Shuhei Kanao et al, Photocatalytic defluorination of perfluoroalkyl substances by surface-engineered ZnO nanocrystals, Chemical Science (2025). DOI: 10.1039/d5sc05781g
Journal information: Chemical Science
https://phys.org/news/2025-12-surface-zno-nanocrystals-tackle-perfluoroalkyl.html
