Metode Baru yang Revolusioner Menggunakan Cahaya untuk Membersihkan Bahan Kimia Forever

Teknik defluorinasi suhu ruangan menyajikan pendekatan yang menjanjikan untuk menangani zat perfluoroalkil.

Zat perfluoroalkil (PFAS), yang umumnya dikenal sebagai ‘bahan kimia abadi’, menimbulkan risiko yang semakin meningkat bagi lingkungan dan kesehatan masyarakat. Awalnya dikembangkan untuk Teflon pada tahun 1938, PFAS dan polimer perfluorinasi (PF) terkait telah digunakan secara luas karena stabilitas dan ketahanannya yang luar biasa terhadap panas dan air. Karakteristik ini telah membuatnya sangat diperlukan dalam berbagai produk, termasuk peralatan memasak, pakaian, dan busa pemadam kebakaran. Namun, stabilitas ini telah menjadi masalah besar.

Read Also

Dokter gigi Palestina melakukan mogok makan di penjara Israel sebagai protes atas penolakannya untuk berobat

28 May 2024

PFAS tidak mudah terurai di lingkungan, sehingga terakumulasi di air, tanah, dan bahkan tubuh manusia, yang menyebabkan efek karsinogenik dan gangguan hormonal. Saat ini, bahan kimia ini dapat ditemukan di persediaan air minum, makanan, dan bahkan di tanah Antartika. Meskipun ada rencana untuk menghentikan produksi PFAS, penanganannya tetap sulit karena bahan ini hanya terurai pada suhu yang melebihi 400 °C. Akibatnya, sejumlah produk yang mengandung PFAS dan PF berakhir di tempat pembuangan sampah, yang berpotensi menimbulkan risiko kontaminasi di masa mendatang.

Penelitian Defluorinasi Inovatif

Kini, metode defluorinasi suhu ruangan yang diusulkan oleh para peneliti di Universitas Ritsumeikan dapat merevolusi pengobatan PFAS. Studi mereka, yang diterbitkan dalam jurnal Kimia Terapan Edisi Internasionalmerinci metode fotokatalitik yang menggunakan cahaya tampak untuk memecah PFAS dan polimer terfluorinasi (FP) lainnya pada suhu ruangan menjadi ion fluor. Dengan menggunakan metode ini, para peneliti mencapai defluorinasi 100% perfluorooctanesulfonate (PFOS) hanya dalam waktu 8 jam setelah paparan cahaya.

“Metodologi yang diusulkan menjanjikan penguraian efektif berbagai zat perfluoroalkil dalam kondisi yang lembut, sehingga berkontribusi signifikan terhadap pembentukan masyarakat daur ulang fluor yang berkelanjutan,” kata Profesor Yoichi Kobayashi, penulis utama penelitian tersebut.

Zat perfluoroalkil dan polimer terfluorinasi secara efisien diurai menjadi ion fluorida dalam kondisi sekitar dengan menyinari cahaya LED tampak ke nanokristal semikonduktor. Penguraian didorong oleh mekanisme kerja sama yang melibatkan perpindahan ligan yang diinduksi cahaya dan injeksi elektron yang diinduksi Auger, memanfaatkan elektron terhidrasi dan keadaan tereksitasi yang lebih tinggi. Kredit: Profesor Yoichi Kobayashi dari Universitas Ritsumeikan, Jepang

Detail Metode Fotokatalitik

Read Also

Organoid Neurologis dan Pertanian Luar Angkasa

05 Mar 2024

Metode yang diusulkan melibatkan penyinaran cahaya LED tampak ke nanokristal kadmium sulfida (CdS) dan nanokristal CdS (Cu-CdS) yang didoping tembaga dengan ligan permukaan merkaptopropionik asam (MPA) dalam larutan yang mengandung PFAS, FP, dan trietanolamin (TEOA). Para peneliti menemukan bahwa penyinaran nanokristal semikonduktor ini menghasilkan elektron dengan potensi reduksi tinggi yang memecah ikatan karbon-fluorin yang kuat dalam molekul PFAS.

Untuk reaksi fotokatalitik, para peneliti menambahkan 0,8 mg nanokristal CdS (NCs), 0,65 mg PFOS, dan 20 mg TEOA ke dalam 1,0 ml air. Mereka kemudian memaparkan larutan tersebut ke cahaya LED 405 nanometer untuk memulai reaksi fotokatalitik. Cahaya ini merangsang nanopartikel, menghasilkan pasangan elektron-lubang dan mendorong penghilangan ligan MPA dari permukaan nanokristal, sehingga menciptakan ruang bagi molekul PFOS untuk teradsorpsi ke permukaan NC.

Untuk mencegah elektron yang tereksitasi foto bergabung kembali dengan lubang, TEOA ditambahkan untuk menangkap lubang dan memperpanjang umur elektron reaktif yang tersedia untuk dekomposisi PFAS. Elektron-elektron ini menjalani proses rekombinasi Auger, di mana satu eksiton (pasangan elektron-lubang) bergabung kembali secara non-radiatif, mentransfer energinya ke elektron lain, dan menciptakan elektron yang sangat tereksitasi. Elektron yang sangat tereksitasi ini memiliki energi yang cukup untuk berpartisipasi dalam reaksi kimia dengan molekul PFOS yang teradsorpsi pada permukaan NC. Reaksi tersebut menyebabkan putusnya ikatan karbon-fluor (CF) dalam PFOS, yang mengakibatkan penghilangan ion fluor dari molekul PFAS.

Kehadiran elektron terhidrasi, yang dihasilkan oleh rekombinasi Auger, dikonfirmasi oleh pengukuran fotolisis flash laser, yang mengidentifikasi transien jenis berdasarkan spektrum serapan pada eksitasi pulsa laser. Efisiensi defluorinasi bergantung pada jumlah NC dan TEOA yang digunakan dalam reaksi dan meningkat seiring dengan periode paparan cahaya. Untuk PFOS, efisiensi defluorinasi adalah 55%, 70–80%, dan 100% untuk penyinaran cahaya selama 1, 2, dan 8 jam. Dengan menggunakan metode ini, para peneliti juga berhasil mencapai defluorinasi Nafion sebesar 81%, suatu fluoropolymer, setelah 24 jam penyinaran cahaya. Nafion banyak digunakan sebagai membran penukar ion dalam elektrolisis dan baterai.

Fluor merupakan komponen penting dalam banyak industri, mulai dari farmasi hingga teknologi energi bersih. Dengan memanfaatkan kembali fluor dari limbah PFAS, kita dapat mengurangi ketergantungan pada produksi fluor dan membangun proses daur ulang yang lebih berkelanjutan. “Teknik ini akan berkontribusi pada pengembangan teknologi daur ulang untuk unsur-unsur fluor, yang digunakan dalam berbagai industri dan mendukung masyarakat kita yang sejahtera,” simpul Prof. Kobayashi.

Referensi: “Defluorinasi Fotokatalitik Berbasis Multifoton pada Zat dan Polimer Perfluoroalkil Persisten melalui Cahaya Tampak” oleh Yuzo Arima, Yoshinori Okayasu, Daisuke Yoshioka, Yuki Nagai dan Yoichi Kobayashi, 19 Juni 2024, Kimia Terapan Edisi Internasional.
DOI: 10.1002/anie.202408687

Penelitian ini didanai oleh Badan Sains dan Teknologi Jepang, Masyarakat Jepang untuk Pengembangan Sains, dan Universitas Kyushu.