Yeni Bir Katalizör Sonsuza Dek Etkili Kimyasalları Saniyeler İçinde Yok Ediyor

Frankfurt Goethe Üniversitesi’ndeki bilim insanları, perfloroalkil ve polifloroalkil maddelerin kısaltması olan PFAS’ı parçalayabilen yeni bir katalizör geliştirdiler. Bu sonsuza dek etkili kimyasal, yapışmaz tavalardan suya dayanıklı kıyafetlere kadar her şeyde kullanılıyor. Öte yandan bunlar, çevrede kalıcı olmaları ve potansiyel olarak sağlığı etkilemeleriyle biliniyorlar.

Olağanüstü termal kararlılıkları, kimyasal inertlikleri, düşük dielektrik geçirgenlikleri ve yağ/su iticilikleriyle değer verilen perfloroalkil ve polifloroalkil maddeler (PFAS), kritik teknoloji sektörleri için hayati önem taşıyor. Yarı iletken üretiminde, PFAS bazlı fotorezistler, aşındırıcılar ve buhar biriktirme odası astarları nanometre ölçeğinde desenlemeyi mümkün kılıyor. Havacılık ve savunma sanayi, aşırı sıcaklık ve basınçlara dayanmak için PFAS hidrolik sıvıları, yakıt hattı kaplamaları ve sızdırmazlık malzemeleri kullanıyor.

Yüksek frekanslı elektronik cihazlarda, PFAS yalıtkanları sinyal bütünlüğünü artırıyor. Sulu film oluşturan köpükler (AFFF), havaalanlarında ve petrokimya tesislerinde hızlı yangın söndürme için PFAS’a bağımlı. Otomotiv uygulamaları arasında sıvı pompası filmleri ve fren sistemi contaları bulunuyor. Fotovoltaik modüllerden rüzgar türbini yüzey kaplamalarına kadar yenilenebilir enerji sistemleri, hava koşullarına dayanıklılık, yansıma önleme ve korozyon koruması için PFAS’tan yararlanıyor. Kalıcı çevresel ve sağlık etkileri, ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) ve Avrupa’nın katı düzenlemelerine yol açarak flor içermeyen malzemeler ve PFAS iyileştirme teknolojileri üzerine araştırmaları teşvik ediyor.

PFAS’ın kalıcılığının anahtarı, piyasadaki en dayanıklı kimyasal bağlardan biri olan karbon-flor (C-F) bağı. Bu bağı koparmak genellikle yüksek sıcaklıklar veya güçlü kimyasallar gerektiriyor ancak bu yeni yöntem oda sıcaklığında ve platin veya iridyum gibi pahalı veya toksik metaller kullanmadan çalışıyor.

Bu çığır açan buluş, 9,10-dihidro-9,10-diborantrasen (DBA) adı verilen bor bazlı bir yapı etrafında şekilleniyor. DBA’ya iki elektron eklendiğinde, “saniyeler içinde ve oda sıcaklığında” PFAS benzeri moleküllere saldıracak kadar reaktif hale geliyor. Ekip, bunu THF (Tetrahidrofuran) adlı bir çözücüde, 1 ila 6 flor atomu içeren versiyonlarını kullanarak florobenzenler (C₆FₙH₆₋ₙ) üzerinde test etti.

Çalışmalar, katalizörün iki ana şekilde çalıştığını gösteriyor. Bunlar:

• Daha az flor olduğunda, bor bazlı bir nükleofil gibi davranarak, karbonun bir halojenle (bu durumda Flor gibi) kovalent bağlarını koparmaya yardımcı olan SNAr tipi bir reaksiyonla moleküle saldırır.
• Daha fazla flor olduğunda, indirgeyici bir ajan gibi davranarak elektron verir ve hidrojen atomlarını koparır.

Doktora araştırmacısı Christoph Buch bunu basitçe şöyle ifade ediyor: “C-F bağlarını kırmak için, katalizörümüzün olağanüstü bir verimlilikle aktardığı elektronlara ihtiyacımız var. Şimdiye kadar elektron kaynağı olarak lityum gibi alkali metaller kullanıyorduk ancak şimdiden elektrik akımına geçiş üzerinde çalışıyoruz. Bu, süreci hem çok daha basit hem de daha verimli hale getirecek.”

Ekip, PFAS temizliğinin ötesinde de umut vaat ediyor. Birçok ilaç, daha uzun süre dayanmaları veya daha iyi çalışmaları için flor içerir. Profesör Matthias Wagner, “Bu katalizör sayesinde artık bu tür bileşiklerdeki florlanma derecesini hassas bir şekilde kontrol etmemizi sağlayan bir araca sahibiz.” diyor.

Bu keşif, PFAS kirliliğiyle başa çıkmak için daha güvenli ve daha esnek bir yol sunabilir ve gelecekteki ilaçların tasarımının ince ayarını yapmaya yardımcı olabilir.