Amine-fonksiyonlu diyatomit granüller üzerine sulu çözeltiden perflorooktan sülfonat ve perflorobütan sülfonik asidin verimli adsorpsiyonu

Suda inatçı kimyasallar neden önemli

Yapışmaz tavalar ve paket kutularından yangın söndürücü köpüklere kadar günlük birçok ürün, sıklıkla “kalıcı kimyasallar” olarak adlandırılan bir endüstriyel bileşik sınıfını geride bırakır. PFAS olarak bilinen bu maddeler doğada kolayca parçalanmaz ve vücutta birikebilir; kanser, bağışıklık sorunları ve gelişimsel etkilerle ilişkilendirilmiştir. Burada özetlenen çalışma, fosilleşmiş alglerden yapılan basit, düşük maliyetli bir filtre malzemesinin sudan iki yaygın PFAS bileşiğini yüksek verimle uzaklaştırabildiğini ve birçok kez yeniden kullanılabildiğini araştırıyor.

Doğal bir filtrenin yeni yorumu

Araştırmacılar, mikroskobik alglerin fosil kabuklarından oluşan bir toz olan diyatomlu toprağa (diyatomit) odaklandı. Tek başına bu malzeme ucuz, bol, gözenekli ve bazı filtrelerde zaten kullanılıyor, ancak PFAS’ı yeterince güçlü şekilde tutmuyor. Performansını artırmak için ekip tozu küçük granüller halinde şekillendirdi ve yüzeylerini pozitif yük taşımaya eğilimli, azotça zengin gruplar içeren bir molekülle kapladı. APTES-DE adı verilen bu işlem görmüş granüller, PFAS moleküllerinin negatif yüklü uçlarını çekebilecek çok sayıda aktif nokta sağlar ve suyun akışına izin veren gözenekli yapıyı korur.

Granüllerin teste tabi tutulması

Bilim insanları yeni kaplamanın varlığını ve iç gözeneklerin hâlâ erişilebilir olduğunu doğrulamak için işlem görmüş granülleri çeşitli görüntüleme ve yüzey analiz araçlarıyla inceledi. Ardından APTES-DE’nin sudan iki yaygın PFAS bileşiğini ne kadar iyi uzaklaştırabildiğini test ettiler: daha uzun florlu zincire sahip PFOS ve daha kısa bir versiyon olan PFBS. Karıştırılmış toplu deneylerde granüller, optimize koşullar altında PFOS’un yaklaşık %92’sine ve PFBS’in %90’ına kadar giderim sağladı. Veriler, PFAS’ın tek ve düzgün bir kaplama yerine düzensiz yüzey üzerinde çok katmanlı bir birikim oluşturduğunu gösterdi; bu da her bir tanenin üzerinde güçlü ve zayıf bağlanma bölgelerinin yamalı bir manzara oluşturmasına uyuyor.

Giderim sürecinin nasıl işlediği

Temas süresi, konsantrasyon, suyun asitliği ve akış koşullarını değiştirerek ekip PFAS yakalamadaki ana kuvvetleri ayırdı. Hafif asidik ile nötr pH arasında, granüller üzerindeki azot grupları pozitif hale gelir ve negatif yüklü PFAS uçlarını elektrostatik çekimle çeker. Aynı zamanda PFAS’ın suyu iten florlu kuyrukları, granül yüzeyindeki nispeten daha az sulu mikroortama çekilerek hidrofobik bir “yapışma” etkisi ekler. PFAS ile silika yüzey grupları arasındaki hidrojen bağları bu tutunmayı daha da stabilize eder. Bir araya geldiklerinde bu kuvvetler özellikle daha uzun zincirli PFAS üzerinde, granüllere tutunmak için daha fazla hidrofobik yüzey sunduklarından güçlü ve birlikte işleyen bir tutuş oluşturur.

Laboratuvar kabından akışlı kolonlara

Gerçek arıtma tesisleri durağan tanklar yerine sürekli akış kullandığı için araştırmacılar APTES-DE granüllerini şeffaf kolonlara doldurdu ve PFAS ile kirlenmiş suyu bunların içinden pompaladı. Daha yüksek dolu yataklar PFAS’ı daha uzun süre tuttu, kirleticilerin çıkışta görünmeye başlamasını geciktirdi ve toplam giderimi artırdı. Daha yavaş akış hızları da PFAS’ın granül yüzeylerine ulaşması ve bağlanması için daha fazla zaman vererek performansı iyileştirdi. Bu denemeler boyunca PFOS tutunmada tutarlı şekilde daha güçlüydü ve PFBS’den daha geç kırılma gösterdi; bu da zincir uzunluğunun pratik sistemlerde yakalama üzerindeki etkisini vurguluyor.

Filtrenin defalarca yeniden kullanulması

Herhangi bir filtrenin ölçekte kullanışlı olabilmesi için temizlenip çok fazla kapasite kaybetmeden yeniden kullanılabilmesi gerekir. Bu çalışmada doygun APTES-DE granüller alkol ve hafif alkalin bir çözelti karışımıyla durulanarak PFAS’ın gevşetilip yıkanması sağlandı. Beş adsorpsiyon ve rejenerasyon döngüsünden sonra granüller hâlâ özgün PFOS kapasitelerinin %95’inden fazlasını ve PFBS için yaklaşık %96’sını gideriyordu; yalnızca küçük düşüşler gözlendi. Bu dayanıklılık, yüksek giderim verimleri ve doğal olarak bol bulunan bir başlangıç malzemesinin kullanımı birlikte değerlendirildiğinde, amine modifikasyonlu diyatomlu toprağın kirlenmiş sulardan inatçı PFAS kirleticilerini uzaklaştırmak için pratik ve daha sürdürülebilir bir seçenek olabileceğini düşündürür.

Atıf: 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

Anahtar kelimeler: PFAS giderimi, su arıtma, diyatomlu toprak, adsorpsiyon, kalıcı kimyasallar