Compostos constituintes da água subterrânea influenciam a adsorção de substancias perfluoradas de cadeia curta e impactam o desempenho da remediação com carvão ativado coloidal

Por Dra. Adriana C. Velosa, Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas, UNIFESP-Diadema (acvelosa@gmail.com)

Substancias alquílicas poli e perfluoradas (PFAS) são compostos químicos sintetizados pelo homem e incluem mais de 4 mil diferentes compostos. Tais substâncias possuem como característica química uma cadeia carbônica parcial ou completamente saturada por átomos de flúor, podendo ser ramificada ou linear, sendo representada pela formula química F(CF₂)_n-R, onde o grupo R representa a parte hidrofílica da molécula. Os ácidos perfluoroalquilicos (PFAAs) constituem-se nos mais comuns e ambientalmente importantes representantes dos PFAS, sendo classificados como ácidos sulfônicos, quando o grupo R é igual a -SO₃H, ou ácidos carboxílicos, quando R é igual a -COOH. Os ácidos perfluorooctanóico (PFOA) e perfluorooctanossulfônico (PFOS) são os compostos mais comumente encontrados no meio ambiente. Devido às suas características hidrofóbicas e lipofóbicas, os PFAS são amplamente utilizados como substâncias antiaderentes e em espumas de combate a incêndio, sendo encontrados em concentrações da ordem de ppt (ng/ L) em corpos d’água em todo o mundo. Suas características físico-químicas dependem tanto do comprimento de sua cadeia carbônica quanto do grupamento funcional presente nela, sendo que compostos de cadeia longa (com 8 ou mais átomos de carbono) são mais lipofílicos e quimicamente inertes, enquanto que os de cadeia mais curta são mais solúveis em água e menos propensos a adsorção sendo, portanto, mais móveis no ambiente. A degradação química dos PFAS é bastante dificultada devido à força da ligação C-F, o que leva ao uso de técnicas de adsorção, como em carvão ativado, por exemplo, como solução para a remoção de tais compostos de águas superficiais ou subterrâneas. Neste trabalho foram investigados os efeitos de íons comumente presentes em águas subterrâneas, assim como a presença de matéria orgânica, nas isotermas de adsorção de diferentes PFAS a um carvão ativado coloidal (CAC) usado na formação de barreiras reativas.  

O CAC utilizado tem tamanho médio de 500 nm, PI = 4,5, PCZ = 9,5 e foi fornecido pela INTRAPORE (Alemanha). Ao comparar-se a eficiência de adsorção de acordo com o PFAS testado, observou-se que quanto maior o tamanho da cadeia carbônica, maior a afinidade pelo carvão, independentemente da cadeia ser linear ou ramificada (Tabela 1). Observou-se também que compostos com grupo R igual a -SO₃H (PFBS) adsorvem mais do que os com grupo R igual a -COOH (PFBA).

Um parâmetro extremamente importante no processo de sorção dos PFAS em CAC é a força iônica, uma vez que propomos um modelo conceitual no qual os compostos de cadeia curta são adsorvidos em microporos mais internos, via interação eletrostática nos sítios básicos, enquanto os compostos de cadeia longa são adsorvidos tanto por ação eletrostática quanto por forças de van der Waals, na superfície mais externa. O efeito da força iônica também é importante para se prever o comportamento de barreiras reativas em áreas costeiras, com ação da água do mar nos aquíferos. Como pode ser observado na figura 1, conforme aumenta-se a força iônica e, portanto o Cl^–, ocorre uma menor adsorção para compostos de cadeia mais curta pela competição com o ânion cloreto pelos sítios positivos internos. Compostos de cadeia mais longos, no entanto, não demonstram o mesmo comportamento.

O efeito da matéria orgânica dissolvida (DOM) também foi avaliado usando-se para tanto compostos modelo de massa molecular conhecida. Observou-se que embora nenhum efeito na adsorção tenha sido observado pela presença de qualquer DOM na concentração de 1mg/ L, a DOM de menor massa molecular reduz significativamente a capacidade de adsorção do CAC quando em concentrações tão altas quanto 10 mg/L, sendo o efeito inversamente proporcional ao tamanho da cadeia carbônica do PFAS.

Usando-se um modelo de transporte reativo simulou-se ainda o tempo de saturação de uma barreira permeável feita de CAC, nas diversas condições geoquímicas avaliadas em batelada, obtendo-se um tempo de saturação 1000 vezes menor para PFBA quando comparado ao PFOA. Observou-se ainda que a longevidade da barreira pode ser bastante reduzida ao se ter condições de alta força iônica e/ ou alta concentração de DOM, demonstrando a importância de se levar em consideração a composição da água subterrânea para o sucesso do processo de remediação.

Para maiores detalhes acesse:

MOLE, R. A., VELOSA, A.C. CAREY, G. R., LIU, X., LI, G., FAN, D., DANKO, A. and LOWRY, G.V. (2024) Groundwater solutes influence the adsorption of short-chain perfluoroalkyl acids (PFAA) to colloidal activated carbon and impact performance for in situ groundwater remediation. J. Haz. Mat. 474, 134746.  https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.134746