Dauerhafte Chemikalien: Der neue Feind der PFAS: Ein neuer Katalysator bricht die stärksten Kohlenstoff-Fluor-Bindungen bei Raumtemperatur

Am 17. Juli veröffentlichte das Technologiemedium NeoWin einen Blogbeitrag, in dem berichtet wurde, dass Wissenschaftler der Goethe-Universität Frankfurt einen neuen Katalysatortyp entwickelt haben, der Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) ohne den Einsatz teurer oder giftiger Metalle zersetzen kann und bei Raumtemperatur funktioniert.

Wie wir alle wissen, PTFE-beschichtetes Glasfasergewebe ist ein unverzichtbares industrielles Isolier- und Feuerschutzmaterial für die Petrochemie, die Wärmekraft- und die Flüssigerdgasindustrie. Es ist auch eines der Hauptprodukte von Suntex. Die Beschichtung enthält jedoch zwangsläufig PFAS. Dieser neue Durchbruch gibt nun Hoffnung auf eine Lösung des PFAS-Problems. Wir feiern diesen Erfolg aufrichtig und loben die Wissenschaftler für ihre Entdeckung.

PFAS sind eine Klasse künstlicher organischer Verbindungen, die für ihre hohe chemische und thermische Stabilität sowie ihre hydrophoben Eigenschaften bekannt sind. Sie finden breite Anwendung sowohl in industriellen Anwendungen als auch in Verbraucherprodukten.

PFAS sind schwer abbaubar und können lange Zeit in der Umwelt verbleiben, weshalb sie auch als „ewige Chemikalien“ bezeichnet werden. Sie können sich in lebenden Organismen und Ökosystemen anreichern.

Die Persistenz von PFAS ist in erster Linie auf die Kohlenstoff-Fluor-Bindung (CF) zurückzuführen, die zu den stärksten chemischen Bindungen zählt und für deren Aufbrechen in der Regel hohe Temperaturen oder aggressive Chemikalien erforderlich sind.

Bei der neuesten von Wissenschaftlern entwickelten Methode werden keine teuren oder giftigen Metalle wie Platin oder Iridium verwendet. Stattdessen wird ein Katalysator verwendet, um diese Bindungen bei Raumtemperatur aufzubrechen.

Der Kern dieses Katalysators ist eine Bor-basierte Struktur namens 9,10-Dihydro-9,10-diboraanthracen (DBA). Wenn DBA zwei Elektronen hinzugefügt werden, wird es aktiv genug, um PFAS-Moleküle anzugreifen.

Das Forschungsteam testete Fluorbenzol mit 1 bis 6 Fluoratomen in einem THF-Lösungsmittel (Tetrahydrofuran).

Die Forschung zeigt, dass der Katalysator hauptsächlich auf zwei Arten funktioniert: Wenn weniger Fluoratome vorhanden sind, wirkt er wie ein nukleophiles Reagenz auf Borbasis und hilft dabei, kovalente Bindungen wie Kohlenstoff-Halogen (z. B. Chlor) durch eine SNAr-artige Reaktion aufzubrechen. Wenn mehr Fluoratome vorhanden sind, dient er als Reduktionsmittel, liefert Elektronen und entfernt Wasserstoffatome.

Doktorand Christoph Buch erklärte dazu: „Um die CF-Bindung aufzubrechen, benötigen wir Elektronen, und unser Katalysator kann Elektronen mit extrem hoher Effizienz übertragen. Bisher nutzen wir Alkalimetalle wie Lithium als Elektronenquellen, erforschen aber nun die Verwendung von elektrischem Strom, um den Prozess einfacher und effizienter zu gestalten.“

Das Forschungsteam erkannte auch das Potenzial dieser Technologie für die PFAS-Sanierung. Viele Medikamente enthalten Fluor, um ihre Wirkungsdauer zu verlängern oder zu steigern. Professor Matthias Wagner erklärte: „Mit diesem Katalysator verfügen wir nun über ein Werkzeug, um den Fluorierungsgrad dieser Verbindungen präzise zu steuern.“

Referenz:

• IT-Startseite
• Goethe-Universität Frankfurt
• Amerikanische Chemische Gesellschaft

Tag: PFAS