Durchflussregelung zur Zerstörung von PFOS und PFOA unter Verwendung eines wasserstoffpolarisierten Vakuum-Ultraviolett-Photolysesystems

Perfluoroctansäure (PFOA) und Perfluoroctansulfonsäure (PFOS) sind zwei von Hunderten spezifischer Arten von PFAS, oder Perfluoralkyl- und Polyfluoralkylsubstanzen. Diese Verbindungen - oft als "Ewige Chemikalien" bezeichnet - werden in Industrie- und Verbraucheranwendungen wegen ihrer wasser- und ölabweisenden Eigenschaften geschätzt. Folglich werden PFAS verwendet in Hunderte von kommerziellen Produktenvon wasserdichter Kleidung und antihaftbeschichtetem Kochgeschirr bis hin zu Feuerlöschschaum und industriellen Beschichtungen.

Im Gegensatz zu vielen anderen Stoffen verbleiben PFAS in der Umwelt, da sie extrem widerstandsfähig gegenüber natürlichem Abbau sind und sich mit herkömmlichen Sanierungsmethoden nur schwer zerstören lassen. Im Laufe der Zeit können sie sich im Boden, im Wasser und in lebenden Organismen anreichern und stellen ein erhebliches Gesundheitsrisiko für Menschen, Tiere und Ökosysteme dar.

In den Vereinigten Staaten ist die Mehrheit der Bevölkerung in gewissem Maße PFAS-Kontaminationen ausgesetzt, vor allem durch Trinkwasser, Lebensmittel und den Kontakt mit Haushaltsprodukten, selbst in Konzentrationen von nur wenigen Teilen pro Billion, Chemische Stoffe, die für immer bleiben, werden mit mehreren ernsthaften gesundheitlichen Problemen in Verbindung gebracht.

Die Forschung zeigt, dass die Exposition gegenüber PFAS mehrere biologische Systeme beeinträchtigen und zu langfristigen Gesundheitsproblemen führen kann, unter anderem:

• Gesunkene Geburtenraten
• Schwere Leber- und Nierenschäden
• Endokrine Probleme
• Reproduktionsfragen
• Geschwächte Immunsysteme
• Erhöhter Cholesterinspiegel
• Erhöhtes Risiko für bestimmte Krebsarten

Das wachsende Bewusstsein für die mit PFAS verbundenen Gesundheitsrisiken hat zu einem weltweiten Druck geführt, ihre Verwendung einzuschränken und Technologien zu entwickeln, mit denen sie sicher abgebaut werden können. Während viele Hersteller PFAS schrittweise aus Alltagsprodukten entfernen, erforschen Forscher weiterhin innovative Wege, um diese Verbindungen aus der Umwelt zu entfernen.

Forscher an der Universität von Kalifornien eine neue Methode demonstriert zur Zerstörung von PFOA und PFOS in kontaminiertem Wasser mit einem wasserstoffpolarisierten Vakuum-Ultraviolett (VUV)-Photolysesystem. Bei diesem Verfahren wird kontaminiertes Wasser 30 Minuten lang mit 99,99% Wasserstoff vorgesättigt und dann mit 185 nm VUV-Licht bestrahlt, während kontinuierlich Wasserstoff in das Wasser eingeleitet wird. Unter diesen Bedingungen erreichte das Team einen Abbau von bis zu 95% und eine Defluorierung von 94% von PFAS-Verbindungen - ein ermutigender Fortschritt in Richtung skalierbarer Sanierungstechnologien.

Andere Forscher haben Varianten der gasunterstützten Photolyse erforscht. Eine Studie testeten die Stickstoffvernebelung in UV-Reaktoren zum Abbau von PFAS und erreichten eine Defluorierung von weniger als 10% für PFOS, was unter dem Schwellenwert für eine effektive Zerstörung liegt.

Im Gegensatz dazu haben sich auch zugänglichere Ansätze als vielversprechend erwiesen: eine 2024 Studie einer chinesischen Universität fanden heraus, dass die Kombination von Abkochen und Aktivkohlefiltration den PFAS-Gehalt im Trinkwasser um 50-90% senken kann und damit eine praktische, kostengünstige Methode zur Verringerung der Exposition im Haushalt darstellt. Zusammengenommen veranschaulichen diese Studien die Bandbreite der laufenden Bemühungen zur Verringerung der PFAS-Kontamination - vom fortgeschrittenen photochemischen Abbau bis hin zu einfachen Maßnahmen auf Haushaltsebene.

Eine präzise Gassteuerung ist in der Forschung zur Erkennung, Überwachung und Behandlung von PFAS unerlässlich. In einer Anwendung, Alicat Massendurchflussregler der Serie MC  wurden eingesetzt, um einen stabilen Heliumfluss von 5 SCCM in einen Gaschromatographen (GC) für PFAS-Kontaminationsprüfungen zu liefern. Durch die Aufrechterhaltung eines konstanten Trägergasstroms gewährleisten die Steuergeräte einen zuverlässigen Probentransport und eine genaue Quantifizierung der PFAS-Verbindungen während der Analyse.

Alicat^® Durchflussregler eignen sich auch gut für Versuchsaufbauten, bei denen Gase in Testzellen mit Hilfe von Einblasverfahren gemischt oder umgesetzt werden. In einem solchen Anwendungsfall wurden mehrere MC-Serien so konfiguriert, dass sie Gase - einschließlich Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Helium und Luft - in eine Testzelle leiten, die das Gasgemisch dann in einen Sparger leitet. Typische Betriebsbedingungen lagen zwischen 0,25 und 20 SLPM pro Gasleitung, wobei der Druck in der Zuleitung bis zu 6 barG und der Druck in der Ableitung von 0 bis 3 barG einstellbar war.

Bei solchen Anwendungen ermöglicht eine präzise Durchflussregelung den Forschern einen gleichmäßigen Gas-Flüssigkeits-Kontakt, die Optimierung der Reaktionskinetik und die Reproduktion der Versuchsbedingungen über mehrere Durchläufe hinweg - eine wichtige Voraussetzung für die Bewertung der Abbaueffizienz und die Skalierung der Laborergebnisse. Die MFCs von Alicat bieten dieses Maß an Kontrolle mit hoher Reproduzierbarkeit und Stabilität und minimieren so die Gasverschwendung, während sie gleichzeitig eine genaue Zufuhr während des gesamten Prozesses gewährleisten.

Die Regler der MC-Serie von Alicat bieten einen Durchflussbereich von 0,5 SCCM bis 12.000 SLPM und ein breites Turndown-Verhältnis von 0,01% bis 100%, was eine außergewöhnliche Vielseitigkeit sowohl für Prozesse mit geringem als auch mit hohem Durchfluss ermöglicht.

Erkenntnisse aus der Studie der Environmental Protection Agency Fünfte Überwachungsvorschrift für unregulierte Kontaminanten im Jahr 2025 zeigen, dass zusätzliche 15 Millionen Amerikaner sind dem Risiko ausgesetzt, schädlichen PFAS-Chemikalien ausgesetzt zu sein, im Vergleich zu 2024.

Laut einer 2024 Umfrage des U.S. Government Accountability OfficeDies könnte auf die geringe Umsetzung von PFAS-Behandlungsmethoden zurückzuführen sein, da nur 33% der Wassersysteme in den USA vollständig reguliert waren. Andere Faktoren, wie unregulierte industrielle Verschmutzung und ineffiziente Abfallbehandlung, tragen weiter zur Persistenz der PFAS-Kontamination bei.

Trotz dieser anhaltenden Herausforderungen macht die aktive Forschung zur Eindämmung von PFAS weiterhin bedeutende Fortschritte. Kontinuierliche Innovationen in diesem Bereich sind für die Sicherung der Wasserressourcen und den Schutz der öffentlichen Gesundheit weltweit unerlässlich.