För första gången upptäcker kemister vid Michigan State University ny information som hjälper till att återställa “eviga kemikalier” genom att visa hur de interagerar med jorden på molekylär nivå.
Forskarna Narasimhan Loganathan och Angela K. Wilson från College of Natural Sciences publicerade sina resultat online i tidskriften Environmental Science & Technology.
“Eviga kemikalier” – mer formellt känd som PFAS eller perfluoralkyl- och polifluoroalkylämnen – har märkts eftersom de inte sönderdelas naturligt. När PFAS förorenar mark och vatten kan växter komma in i livsmedelssystemet genom boskap och dricksvatten.
Enligt en rapport från 2015 från Centers for Disease Control and Prevention finns PFAS i blodet hos 97 % av amerikanerna. Andra, nyare studier har fört denna siffra närmare 99%.
Det är en kombination av uthållighet och användbarhet som gör PFAS så överallt. Mer än 9 000 kemikalier är klassificerade som PFAS och finns i ett brett spektrum av applikationer, inklusive livsmedelsförpackningar, non-stick behållare, brandskum och mer. Även om tid och natur kan bryta ned vissa komponenter i dessa produkter och det avfall som genereras i deras produktion, ackumuleras PFAS i miljön.
Avlägsnande av PFAS från jord och vatten är viktigt för att minska exponeringen för dessa kemikalier och den skada de kan orsaka, inklusive risken för sköldkörtelsjukdom och vissa cancerformer.
Loganathan, en senior forskare vid MSU:s institution för kemi, sa: “När du börjar titta på begränsningsstrategier ser du mycket om att PFAS tas upp ur vattnet, men det finns väldigt lite om PFAS på marken.”
“Och vissa studier är “molekylär blinda”, säger John A. Hannah, en framstående professor i kemi och vetenskapsman vid MSU PFAS Research Center. “Jag menar, de bryr sig inte om kemi.”
Wilson och Loganathan bestämde sig för att hjälpa till att ändra detta genom att utföra första simuleringar på molekylär nivå av interaktioner mellan jordkomponenten kaolinit och PFAS.
Studien fokuserade på de två vanligaste och mest problematiska PFAS-kemikalierna. På jordsidan valdes kaolinit eftersom det är ett vanligt jordmineral, särskilt i Michigan.
PFAS är ett problem överallt, men det är ett unikt problem i Michigan. Det finns många PFAS i Michigan som är förorenade med mer än 200 kända PFAS. Dessutom utgör jordbruket och de stora sjöarna grunden för statens identitet. Att skydda Michigans land och vatten är ett gemensamt mål för många statliga samhällen, lagstiftare och företag.
“Även dessförinnan gick vi på stora möten och pratade om PFAS med människor från olika kommuner, gårdar, avloppsreningsverk och mer”, sa Wilson. “Många människor letar efter lösningar.”
Studien var inspirerad av en ingenjörsfirma i Michigan som frågade Wilson hur PFAS kunde spridas i jorden och hur man bäst kemiskt kemiska den. Han hade inga svar, men han visste att Loganata kunde hjälpa honom att hitta några.
Han anlitade henne för att gå med i detta projekt, med stöd av National Science Foundation. Duon hade också tillgång till datorresurser från National Energy Research Scientific Computing Center och MSU Cyber Research Institute eller iCER.
Resultaten av simuleringarna gav några skäl till optimism vad gäller sanering. Till exempel har vissa PFAS som studerats av spartaner längre kolkedjor vars ryggar är koncentrerade på kaolinit.
“Helst är det här vad du vill. Du vill att hela PFAS ska sitta i bara en stack så att du kan fånga den och filtrera den, ”sa Wilson. Flipside fann att PFAS med kortare kedja var mindre benägna att ackumuleras eftersom de var mer rörliga på marken.
“Budskapet som går hem är att inte alla PFAS beter sig på samma sätt,” sa Wilson. “Och inte alla länder behandlar PFAS lika.”
“Komponenterna i jorden spelar en stor roll,” sa Loganathan. “Sammansättningen av jorden runt ett förorenat område kommer att spela en avgörande roll för att bestämma hur mycket PFAS kan föra det in i grundvattnet och sedan in i grundvattnet.”
Medan idén om att utforska otaliga kombinationer av PFAS och jordkomponenter har varit effektiv, har spartanerna visat att deras beräkningsmetoder är väl lämpade för att lösa de olika problemen som är inneboende i PFAS-föroreningar.
“Det fina med beräkningskemi är att du kan studera många olika system”, säger Wilson, vars forskargrupp också studerar interaktionen mellan PFAS och proteiner i kroppen. Hans team studerar också PFAS för en mängd olika fiskarter med stöd av Great Lakes Fisheries Trust och Strategic Environmental Research and Development Program, respektive statliga och federala organisationer som finansierar miljöprojekt. Målet med mark- och biologiprojekt är att identifiera interaktioner som kan hjälpa till att skydda fler människor från effekterna av PFAS.
“Sådana insikter på molekylär nivå kommer att vara oerhört viktiga för alla återhämtningsstrategier,” sa Loganathan.
Referens: Loganathan N, Wilson AK. Adsorption, struktur och dynamik hos kort- och långkedjiga PFAS-molekyler i kaolinit: Molekylära nivåbegrepp. Environ Sci Technol. Publicerad online den 11 maj 2022. doi: 10.1021 / acs.est.2c01054
Den här artikeln har återpublicerats från följande material. Obs: Materialet kan redigeras efter längd och innehåll. Kontakta den nämnda källan för mer information.
