Sebuah tim internasional yang dipimpin oleh Universitas Bath telah menciptakan katalis berbiaya rendah yang digerakkan oleh sinar matahari yang menguraikan PFAS, "bahan kimia abadi," dan pada akhirnya dapat membantu membersihkan air dan melacak polusi secara waktu nyata.
Teknologi baru yang memanfaatkan tenaga matahari suatu hari nanti dapat membantu mengatasi masalah yang semakin meningkat terkait "bahan kimia abadi" yang tetap ada di air, tanah, dan tubuh manusia.
Sebuah tim internasional yang dipimpin oleh Universitas Bath telah mengembangkan katalis sederhana berbasis karbon yang menggunakan cahaya untuk menguraikan zat polifluoroalkil, atau PFAS. Bahan kimia buatan manusia ini dihargai karena sifatnya yang tahan air dan noda, tetapi juga sangat sulit untuk dihancurkan dan telah ditemukan di lingkungan dan pada manusia di seluruh dunia.
PFAS digunakan dalam berbagai hal, mulai dari wajan anti lengket dan jaket tahan air hingga kemasan makanan dan kosmetik. Karena ikatan kimianya sangat kuat, PFAS tidak terurai secara alami dan dapat menumpuk di air minum, satwa liar, dan jaringan manusia. Beberapa penelitian telah mengaitkan PFAS tertentu dengan risiko kesehatan, termasuk peningkatan kemungkinan terkena beberapa jenis kanker, tetapi dampak jangka panjangnya masih belum jelas.
Penulis utama Fernanda COL Martins, yang mengerjakan proyek ini selama penempatan enam bulan di Bath sebagai bagian dari studi doktoralnya di Universitas São Paulo, mencatat bahwa jangkauan sehari-hari bahan kimia ini membuat masalah ini menjadi sangat mendesak.
“PFAS digunakan dalam berbagai produk, mulai dari pakaian tahan air hingga lipstik, tetapi zat ini menumpuk di dalam tubuh dan di lingkungan seiring waktu, dengan efek beracun,” katanya dalam siaran pers.
Studi baru, diterbitkan dalam jurnal Uang muka RSC, menjelaskan prototipe fotokatalis yang terbuat dari karbon nitrida grafit, material berbasis karbon berbiaya rendah, yang dikombinasikan dengan polimer mikropori kaku yang dikenal sebagai PIM-1.
Kedua komponen tersebut memainkan peran yang berbeda. Polimer PIM-1 memiliki pori-pori kecil yang membantu menangkap dan menahan molekul PFAS di dekat permukaan katalis. Karbon nitrida kemudian menggunakan energi dari cahaya untuk mendorong reaksi kimia yang memecah ikatan karbon-fluorin yang membandel dalam PFAS. Dalam proses tersebut, polutan diubah menjadi karbon dioksida dan fluorida, suatu zat kimia yang juga ditemukan dalam beberapa pasta gigi.
Menurut Martins, menggabungkan katalis dengan PIM-1 membuat proses penguraian lebih efisien, terutama pada tingkat pH netral yang mirip dengan yang ditemukan di perairan alami. Hal ini penting karena banyak metode pengolahan PFAS yang ada hanya bekerja paling baik dalam kondisi yang keras, seperti suhu yang sangat tinggi atau keasaman ekstrem, yang mahal dan sulit digunakan di luar fasilitas khusus.
Proyek ini menyatukan para peneliti dari Universitas Bath, Universitas São Paulo di Brasil, Universitas Edinburgh di Skotlandia, dan Universitas Swansea di Wales. Ini adalah bagian dari upaya yang lebih luas untuk menemukan cara praktis untuk mendeteksi dan menghancurkan PFAS seiring dengan pengetatan peraturan dan meningkatnya kekhawatiran publik.
Selain untuk pembersihan, kimia yang sama juga dapat menjadi dasar bagi jenis sensor baru. Saat PFAS diuraikan, ia melepaskan ion fluorida. Mengukur sinyal fluorida tersebut dapat mengungkapkan seberapa banyak PFAS yang ada sejak awal.
Hal ini membuka peluang bagi perangkat portabel yang dapat digunakan untuk memantau kontaminasi secara real-time, alih-alih hanya bergantung pada sampel yang dikirim ke laboratorium khusus.
“Saat ini sangat sulit untuk mendeteksi PFAS, yang membutuhkan peralatan mahal di laboratorium khusus,” tambah Frank Marken, seorang profesor di Departemen Kimia dan Institut Keberlanjutan dan Perubahan Iklim Universitas Bath, yang memimpin penelitian ini. “Kami berharap teknologi kami di masa depan dapat digunakan dalam sensor portabel sederhana yang dapat digunakan di luar laboratorium, misalnya untuk mendeteksi di mana terdapat tingkat PFAS yang lebih tinggi di lingkungan.”
Saat ini, mendeteksi PFAS biasanya membutuhkan instrumen mahal dan spesialis terlatih, yang membatasi seberapa sering dan di mana pengujian dapat dilakukan. Sensor genggam berbiaya rendah dapat membantu masyarakat, regulator, dan industri untuk dengan cepat mengidentifikasi titik-titik konsentrasi tinggi di sungai, air tanah, lahan pertanian, atau di dekat lokasi manufaktur.
Perangkat saat ini masih berupa prototipe skala laboratorium, dan para peneliti menekankan bahwa masih dibutuhkan lebih banyak pekerjaan sebelum dapat digunakan di lapangan. Mereka sekarang mencari mitra industri untuk membantu meningkatkan produksi, meningkatkan kinerja, dan mengintegrasikan katalis ke dalam sistem pengolahan atau platform penginderaan di dunia nyata.
Jika upaya tersebut berhasil, teknologi ini dapat menjadi bagian dari perangkat untuk menangani polusi PFAS: membantu menemukan kontaminasi dengan lebih mudah, dan menggunakan sinar matahari yang melimpah untuk membantu menguraikan "bahan kimia abadi" ini menjadi komponen yang lebih aman.
Sumber: University of Bath