Adsorção eficiente de perfluorooctano sulfonato e ácido perfluorobutano sulfônico de solução aquosa em grânulos de diatomita funcionalizados com amina

Por que as substâncias químicas persistentes na água importam

Muitos produtos cotidianos — de panelas antiaderentes e embalagens para viagem a espumas para combate a incêndio — deixam para trás uma classe de compostos industriais comumente chamados de “produtos químicos eternos”. Essas substâncias, conhecidas como PFAS, não se degradam facilmente na natureza e podem se acumular em nossos corpos, onde têm sido associadas a câncer, problemas imunológicos e alterações no desenvolvimento. O estudo resumido aqui explora um material filtrante simples e de baixo custo feito de algas fossilizadas que pode remover com alta eficiência dois PFAS comuns da água e ser reutilizado muitas vezes.

Uma nova versão de um filtro natural

Os pesquisadores concentraram-se na terra diatomácea, um pó formado pelas carapaças fossilizadas de microscópicas algas. Por si só, esse material é barato, abundante, poroso e já é usado em alguns filtros, mas não retém PFAS com força suficiente. Para melhorar seu desempenho, a equipe formou o pó em pequenos grânulos e revestiu suas superfícies com uma molécula contendo grupos ricos em nitrogênio que podem portar cargas positivas. Esses grânulos tratados, chamados APTES-DE, oferecem muitos pontos ativos que atraem as cabeças carregadas negativamente das moléculas de PFAS, preservando ao mesmo tempo a estrutura porosa que permite o fluxo de água.

Testando os grânulos

Os cientistas examinaram os grânulos modificados com várias ferramentas de imagem e análise de superfície para confirmar que o novo revestimento estava presente e que os poros internos continuavam acessíveis. Em seguida, testaram quão bem o APTES-DE poderia remover dois compostos PFAS amplamente detectados na água: PFOS, que tem uma cadeia fluorada mais longa, e PFBS, uma versão mais curta. Em experimentos em batelada com agitação, os grânulos removeram até cerca de 92% do PFOS e 90% do PFBS sob condições otimizadas. Os dados mostraram que os PFAS formaram múltiplas camadas na superfície irregular em vez de um revestimento único e uniforme, consistente com uma paisagem fragmentada de sítios de ligação fortes e fracos em cada grão.

Como funciona o processo de remoção

Ao variar tempo de contato, concentração, acidez da água e condições de fluxo, a equipe separou as forças principais por trás da captura de PFAS. Em pH levemente ácido a neutro, os grupos de nitrogênio nos grânulos tornam-se carregados positivamente, atraindo as cabeças carregadas negativamente dos PFAS por atração eletrostática. Ao mesmo tempo, as caudas fluoradas hidrofóbicas dos PFAS são atraídas para o microambiente relativamente menos aquoso na superfície do grânulo, adicionando uma “aderência” hidrofóbica. Ligações de hidrogênio entre os PFAS e grupos de superfície na sílica estabilizam ainda mais essas fixações. Juntas, essas forças criam uma aderência forte e cooperativa, especialmente em PFAS de cadeia mais longa, que apresentam mais superfície hidrofóbica para se ligar aos grânulos.

Do béquer de laboratório às colunas em fluxo

Como plantas de tratamento reais usam fluxo contínuo em vez de tanques estáticos, os pesquisadores empacotaram os grânulos APTES-DE em colunas transparentes e bombeavam água contaminada com PFAS através delas. Camadas mais altas de grânulos retiveram PFAS por mais tempo, adiando o momento em que os poluentes passaram a aparecer na saída e aumentando a remoção total. Vazões mais lentas também melhoraram o desempenho ao dar mais tempo para os PFAS alcançarem e se ligarem às superfícies dos grânulos. Ao longo desses testes, o PFOS aderiu consistentemente com mais força e rompeu a coluna mais tarde do que o PFBS, destacando como o comprimento da cadeia influencia a captura em sistemas práticos.

Reutilizando o filtro repetidas vezes

Para que qualquer filtro seja útil em escala, ele deve ser limpo e reutilizado sem perder muita capacidade. Aqui, os grânulos APTES-DE saturados foram enxaguados com uma mistura de álcool e uma solução alcalina suave, o que afrouxou os PFAS e os lavou. Após cinco ciclos de adsorção e regeneração, os grânulos ainda removiam mais de 95% da capacidade original para PFOS e cerca de 96% para PFBS, mostrando apenas pequenas quedas. Essa durabilidade, combinada com altas eficiências de remoção e o uso de um material inicial naturalmente abundante, sugere que a terra diatomácea modificada com amina pode se tornar uma opção prática e mais sustentável para remover poluentes PFAS persistentes de águas contaminadas.

Citação: Bano, A., Prasad, B., Dave, H. et al. Efficient adsorption of perfluorooctane sulfonate and perfluorobutane sulfonic acid from aqueous solution onto amine-functionalized diatomite granules. Sci Rep 16, 10368 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41388-4

Palavras-chave: remoção de PFAS, purificação de água, terra diatomácea, adsorção, produtos químicos persistentes