Sandia-Wissenschaftler erzielen Durchbruch bei der Bekämpfung der PFAS-Kontamination

ALBUQUERQUE, NM – Ein Team bei Sandia National Laboratories entwickelt Materialien, um eines der größten Probleme der Welt anzugehen: die Exposition des Menschen gegenüber einer Gruppe von Chemikalien, die als PFAS bekannt sind, durch kontaminiertes Wasser und andere Produkte. Sandia investiert jetzt mehr Geld, um ihre Forschung auf die nächste Stufe zu heben.

„Es ist ständig in den Nachrichten. Es scheint, dass wir jeden Tag von einem anderen Produkt hören, das kontaminiert ist. Wir haben Sprudelwasser mit PFAS gesehen, Toilettenpapier mit PFAS, es handelt sich also nicht nur um ein Grundwasserproblem; Es taucht überall auf“, sagte Andrew Knight, ein Chemiker bei Sandia, der sich leidenschaftlich für die Lösung von PFAS-Kontaminationen einsetzt. „Der Welt ist klar geworden, dass es sich um ein wachsendes Problem handelt. Es handelt sich um ein großes nationales Sicherheitsproblem.“

Was sind PFAS?

PFAS, eine Abkürzung für Perfluoralkyl Und Polyfluoralkylsubstanzensind eine Gruppe von Chemikalien, die zur Herstellung von Fluorpolymerprodukten verwendet werden, die hitze-, öl-, flecken- und wasserbeständig sind. Sie werden auch als „ewige Chemikalien“ bezeichnet, da sie in der Umwelt nicht abgebaut werden, sich aber durch Boden und Wasser bewegen und sich in Wildtieren und Menschen ansammeln können.

Während die Auswirkungen niedriger PFAS-Werte auf die menschliche Gesundheit von den Centers for Disease Control and Prevention noch nicht definiert wurden, haben Wissenschaftler 12 Arten von PFAS bei getesteten Personen und vier Arten von PFAS bei jedem getesteten Menschen dokumentiert, was auf eine weitverbreitete Exposition in der US-Bevölkerung schließen lässt . Tests an Labortieren mit hoher PFAS-Exposition haben ein erhöhtes Risiko für Krebs, Leberschäden und ein geschwächtes Immunsystem gezeigt.

Ryan Davis (links) und Andrew Knight arbeiten in den Sandia National Laboratories an einem neuen Material zur besseren Absorption von PFAS im großen und kleinen Maßstab. (Foto von Craig Fritz) Klicken Sie auf das Miniaturbild für ein hochauflösendes Bild.

PFAS sind in Produkten wie Teflon, Fast-Food-Verpackungen, Pestiziden, Augen-Make-up, Reinigungsmitteln, Zahnseide und Shampoo enthalten. Eine der größten in den letzten Jahren festgestellten Verunreinigungen ist jedoch das Grundwasser unter US-Luftwaffenstützpunkten, das auf den Einsatz von PFAS-haltigem Löschschaum zurückzuführen ist.

Eine einzigartige Lösung schaffen

Knight hat mit Ryan Davis, einem Spezialisten für Materialwissenschaften, zusammengearbeitet, um einen Filter zu entwickeln, der PFAS nicht nur im großen Maßstab, sondern auch im Haushalt eliminieren kann. „Dies könnte etwas sein, das für größere Sanierungsarbeiten eingesetzt werden könnte, oder etwas, das man unter der Spüle aufbewahren könnte. Wenn die Erstaufbereitung bereits durchgeführt wurde, kann das, was durch die Wasseraufbereitungsanlage über Ihren Wasserhahn gelangt, von Ihnen vor der Endverwendung gefiltert werden“, sagte Knight.

Dafür muss das Team die Dinge anders angehen. PFAS werden nicht von selbst abgebaut, da die Kohlenstoff-Fluor-Bindung so stark ist. Sie sind auch nicht die einzigen vorhandenen Schadstoffe. Dies führt zu einer Art Konkurrenz bei den Absorptionsbemühungen. „Wir arbeiten daran, Materialien zu entwickeln, die PFAS selektiver absorbieren. Traditionelle Methoden beinhalten den Ionenaustausch von Harzen oder granulierter Aktivkohle. Diese absorbieren zwar einige PFAS wirksam, es mangelt ihnen jedoch an Spezifität und Vielseitigkeit“, sagte Knight.

Andre Benally pipettiert auf einer MALDI-Platte, während er in den Sandia National Laboratories arbeitet, während sein Team daran arbeitet, den Prozess zur Entfernung von PFAS-Kontaminationen zu perfektionieren. (Foto von Craig Fritz) Klicken Sie auf das Miniaturbild für ein hochauflösendes Bild.

Mit 100.000 US-Dollar an kürzlich gewährten Mitteln aus dem Sandia Technology Maturation Program hofft das Team, seine Daten zu veranschaulichen, um zu zeigen, wie gut die Materialien funktionieren. Ziel ist die Kommerzialisierung des Produkts, um 99 % der PFAS aus dem Wasser zu entfernen. „Unser analytisches Labor hier in Sandia ist mit Andrews synthetischen Fähigkeiten und unseren analytischen Fähigkeiten viel besser ausgestattet als ein durchschnittliches analytisches Labor. Es passt wirklich perfekt zusammen“, sagte Davis.

Ein anderer Ansatz, inspiriert von der Natur

Dieses Projekt ist nur eines von mehreren, an denen diese Sandia-Forscher arbeiten, um die PFAS-Kontamination zu bekämpfen. Zusammen mit dem Geowissenschaftler Mark Rigali und der Materialwissenschaftlerin Jessica Kustas arbeiten sie mit einem lokalen Unternehmen zusammen, um einen anderen Ansatz auszuprobieren, der über die bloße Erfassung von PFAS hinausgeht. „Es ist ein Doppelschlag, da wir zwei verschiedene Technologien kombinieren, um etwas zu entwickeln, das effektiver ist als jede einzelne für sich“, sagte Rigali. Die Materialien, mit denen sie arbeiten, sind von der Natur inspiriert. Rigali interessiert sich besonders dafür, wie sich PFAS im Körper verhalten. Er suchte in medizinischer Fachliteratur nach Orientierung und kam auf die Idee, ein Material zu entwickeln, das PFAS angreift und absorbiert, indem es dessen Verhalten beim Menschen nachahmt – ein Ansatz, der vielversprechend erscheint.

Ein Teil ihrer Arbeit wird mit 150.000 US-Dollar von der New Mexico Technology Readiness Initiative finanziert. Im Rahmen des Programms können die National Laboratories von Sandia und Los Alamos technische Hilfe leisten, um privaten Unternehmen bei der Weiterentwicklung ihrer Technologie zu helfen. In diesem Fall arbeiten die Forscher mit Sigma Advanced Technologies, LLC aus New Mexico zusammen.

Die Inspiration hinter dem Projekt

Jessica Kustas (links) und Andre Benally arbeiten mit einem Massenspektrometer in den Sandia National Laboratories und versuchen dabei, Technologien zu kombinieren, um über die reine Absorption von PFAS hinauszugehen. (Foto von Craig Fritz) Klicken Sie auf das Miniaturbild für ein hochauflösendes Bild.

Die Inspiration für dieses Projekt kommt auch aus persönlicher Erfahrung. Kustas absolvierte ihr Postdoc-Studium bei der US-Armee, wo sie Wasser auf Militärstützpunkten auf PFAS testete. Sie stellte fest, dass die Kontamination weit verbreitet war, nicht nur an diesen Orten. „Es ist ein bisschen beängstigend. Ich habe eine Figur gesehen, die das ist „Für immer chemisch“ liegt im Blut von 97 % der US-Bevölkerung. Wir verbrauchen mehr Plastik als uns bewusst ist. Früher war es nur in Plastik enthalten, aber jetzt ist es im Wasser und in allen Tieren, die wir essen, weil ihre Körper nicht wissen, wie sie es abbauen sollen“, sagte Kustas.

Für andere im Team geht es darum, das zu erreichen, was niemand sonst erreicht hat. „Ehrlich gesagt mag ich schwierige Probleme und ich mag Probleme, für die es sehr wirkungsvolle Lösungen geben kann. Wenn wir einen besseren Weg zur Behandlung von PFAS finden, können wir nicht nur einen positiven Einfluss auf die USA, sondern auch auf Orte auf der ganzen Welt haben“, sagte Rigali.

Dieses Team ist davon überzeugt, dass Sandia der perfekte Ort ist, um dies zu erreichen. „Es handelt sich um ein großes Problem, und angesichts Sandias Mission der nationalen Sicherheit, Wassersicherheit und Energiesicherheit ist es für Sandia wichtig, sich zu engagieren. Das ist etwas, das Sandia direkt angehen und angehen kann“, sagte Knight.

Neu veröffentlicht von Sandia National Laboratories, ein Multimissionslabor, das von National Technology and Engineering Solutions of Sandia LLC, einer hundertprozentigen Tochtergesellschaft von Honeywell International Inc., für die National Nuclear Security Administration des US-Energieministeriums betrieben wird. Sandia Labs hat große Forschungs- und Entwicklungsverantwortung in den Bereichen nukleare Abschreckung, globale Sicherheit, Verteidigung, Energietechnologien und wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit und verfügt über Hauptstandorte in Albuquerque, New Mexico, und Livermore, Kalifornien.