Procesos de electro-oxidación para la eliminación de ácido perfluoroctanoico (PFOA) en agua.

El ácido perfluoroctanoico (PFOA) está presente en nuestras vidas desde los años 1940. Este compuesto, presente en muchos objetos cotidianos como el recubrimiento de sartenes, polímeros (teflón) o espumas antincendios, supone ahora un grave problema medioambiental. La alta estabilidad de esta molécula, conferida por la alta fortaleza del enlace C-F, hace que sea muy difícil de eliminar mediante los tratamientos biológicos convencionales presentes en las EDAR.

Investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid, en colaboración con el Laboratoire de Génie Chimique de la Université Toulouse III – Paul Sabatier, han utilizado la electro-oxidación como alternativa para la degradación de 100 mg/L de PFOA utilizando diamante dopado con boro (BDD) como ánodo y estudiando la influencia del cátodo sobre el proceso. Las reacciones de reducción que se dan sobre el cátodo son clave en la eliminación del PFOA. Así, empleando Pt como cátodo, es posible eliminar completamente el PFOA, con porcentajes de defluoración y mineralización del 58,6 % y 76%, respectivamente, al pH natural (pH:4) de la disolución inicial.

Departamento Ingeniería Química. UAM

Las sustancias perfluoroalquiladas (PFAS), como el ácido perfluoroctanoico (PFOA) han sido ampliamente utilizadas en la industria química debido a su anfifilicidad, estabilidad y propiedades tensioactivas. Se ha empleado en la síntesis de fluoropolímeros y fluoroelastómeros, como tensioactivos en espumas contra incendios y en la producción de textiles y papel para proporcionar superficies repelentes de agua, grasa, aceite y / o suciedad. Sin embargo, estas sustancias en el agua presentan un grave problema medioambiental debido a su potencial de bioacumulación y su carácter de disruptor endocrino. El PFOA ha sido reconocido como un contaminante emergente y está incluido en las listas de vigilancia europeas y norteamericanas. El desafío actual es desarrollar procesos altamente eficientes y económicamente viables para la eliminación de estas sustancias en el agua.

La electro-oxidación de PFOA utilizando BDD como ánodo ya ha sido explorada, alcanzando grados de eliminación del PFOA entre el 60% y el 100%. No obstante, hasta ahora se ha trabajado con altas concentraciones de electrolito, lo que dificulta la posterior gestión del efluente tratado. En este trabajo se ha investigado la viabilidad del proceso con concentraciones reducidas de electrolito (3,5 mM Na2SO4), utilizando BDD como ánodo y diferentes materiales (Pt, BDD, Zr y acero) como cátodo, para la degradación de 100 mg/L PFOA.

Los resultados muestran una gran influencia del cátodo sobre la defluoración y mineralización del PFOA. La ruta de degradación del PFOA, mostrada en la Figura 1, sigue un mecanismo complejo en el que las reacciones de oxidación sobre la superficie del ánodo son responsables de la mineralización del PFOA, mientras que las reacciones de reducción que se dan sobre el cátodo llevan a cabo la defluoración.

El Pt es un catalizador común en la reacción de hidrogenación catalítica de moléculas orgánicas halogenadas, debido a su capacidad de adsorber H2, proporcionando un centro activo donde tiene lugar la deshalogenación. En el caso de los procesos electro-asistidos, la generación de H2 por electrólisis del agua en la superficie del cátodo permite la deshalogenación del PFOA. De esta forma, el uso de Pt como cátodo permite alcanzar valores de liberación de fluoruro (58,6%) muy superiores a los obtenidos con el resto de materiales (42-49%), debido al papel del Pt como electrocatalizador.

Figura 1. Mecanismo propuesto para la electro-oxidación de PFOA

Ahora, el reto está en el desarrollo de celdas electroquímicas capaces de eliminar PFAS en aguas reales, en la escala de ng o µg/L.

 

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