Wetenschappers hebben een nieuwe chemische reactie ontwikkeld die PFAS met uv-licht kan afbreken, ondanks de sterke koolstof-fluorverbinding. In tests met industrieel afval werd meer dan 90 procent van de vervuilers vernietigd, maar opschalen en mengsels zoals blusschuim blijven een uitdaging.
PFAS, berucht als eeuwige verontreinigingen, zitten inmiddels in bodem en water en duiken zelfs op in bloed, mede doordat hun koolstof-fluorverbindingen tot de sterkste in de organische chemie behoren. Een nieuw spoor uit het lab richt zich op ultraviolette straling die, met bijvoorbeeld sulfieten, gehydrateerde elektronen losmaakt die die robuuste bindingen kunnen aanvallen. Rond de vijftig graden Celsius versnelt de afbraak, terwijl het boven de negentig graden juist tegenzit. Tegelijkertijd lonken andere varianten, zoals directe fotolyse met UV-licht van 185 nanometer of een aanpak met herbruikbare magnetietnanodeeltjes, voor het behandelen van sterk geconcentreerde industriële afvalstromen.
Wat zijn PFAS en waarom zijn ze een probleem?
Onder de paraplu PFAS vallen duizenden per- en polyfluoralkylstoffen, waaronder bekende verbindingen als PFOS en PFOA. Waar één stof zich goed laat vangen met filters, glippen andere, vaak varianten met korte ketens, door bestaande behandelingen heen. Die stoffen belanden in waterstromen die bedoeld zijn voor hergebruik of lozing, met langdurige verspreiding als gevolg.
Een belangrijke bron zijn zogeheten filmvormende brandblusschuimen (AFFF), die decennia breed zijn ingezet door brandweer en op luchthavens. Zulke schuimen zijn mengsels met veel andere organische componenten die in dezelfde reactor kunnen meereageren. Een methode die in schoon water werkt, kan in veldsituaties alsnog vastlopen.
Doorbraak met uv-licht: de lamp blijkt bepalend
Een krypton-chloride-lamp die uv-licht uitstraalt op 222 nanometer, het type lamp waarmee onderzoekers PFAS afbreken. Beeld: Aerolamp.
In het uv-sulfietproces is de keuze van de uv-bron meer dan een detail, want in experimenten leverden kryptonchloride-lampen (KrCl) met emissie op 222 nanometer een duidelijk hogere afbraaksnelheid op dan veelgebruikte uv-opstellingen. Sulfiet kan onder uv-licht elektronen vrijmaken die in water gestabiliseerd worden en vervolgens de PFAS-structuur reducerend aantasten. De techniek richt zich op afbraak, niet op verplaatsing naar een concentraat of afvalfractie.
Diezelfde opzet bleek ook relevant voor kortketenige perfluoralkylzuren, een groep die bij klassieke waterbehandeling vaak achterblijft. Het onderzoek koppelt de efficiëntie aan de moleculaire opbouw van de PFAS, waardoor de chemie ook kennis vraagt van welke verbindingen in een stroom zitten. De onderliggende mechanismen zijn uitgewerkt door een team van Westlake University in Hangzhou, onder meer vanuit de Key Laboratory of Coastal Environment and Resources of Zhejiang Province, in Nature Water.
Temperatuur als ontwerpparameter voor toekomstige reactoren
Veel laboratoriumproeven met PFAS-afbraak begonnen bij ongeveer 20 graden Celsius, omdat dat overeenkomt met kamertemperatuur. In waterreactoren blijkt de warmte van krachtige uv-lampen echter mee te sturen op de reactiesnelheid, omdat de vloeistof door het systeem zelf opwarmt. Die opwarming kan de defluorering versnellen, zolang de temperatuur binnen het juiste bereik blijft.
Voor de opschaling naar industriële installaties geldt dat meer vermogen niet automatisch meer afbraak oplevert. De data laten zien dat het gedrag van het systeem omslaat zodra de watertemperatuur doorschiet naar waarden rond 90 graden Celsius, met een merkbare terugval van de prestatie. Temperatuurregeling wordt daarmee een onderdeel van het procesontwerp, net als lampkeuze en contacttijd.
Waarom blusschuim en andere mengsels het proces frustreren
Bij AFFF en vergelijkbare mengsels ontstaat een extra probleem, doordat de reactieve elektronen kunnen worden weggevangen door andere organische stoffen in het schuim. Afbraak van PFOS en PFOA blijft haalbaar, maar de behandeling van kleinere en atypische PFAS wordt lastiger en minder voorspelbaar. In zulke stromen moeten ingenieurs de belichtingstijd en de waterchemie per mengsel opnieuw optimaliseren.
Ook directe fotolyse krijgt aandacht, waarbij PFAS zonder sulfiet worden geraakt met uv-licht in het vacuüm-uv-gebied, rond 185 nanometer. De methode is gevoelig voor de zuurgraad, want in water met neutrale pH kan fotolyse het grootste deel van de afbraak dragen, terwijl een verschuiving van pH de efficiëntie zichtbaar beïnvloedt. In een Europese context is dat relevant voor vergunningen en lozingseisen onder REACH, waar een brede PFAS-beperking in voorbereiding is en eindbehandeling van reststromen belangrijker wordt dan doorschuiven naar een volgende schakel.
Magnetische nanodeeltjes en geconcentreerde afvalstromen
Een tweede ontwikkelrichting combineert uv-licht met magnetietnanodeeltjes, een ijzeroxide dat als fotokatalysator kan functioneren. De aanpak is geïnspireerd op de Fenton-chemie en draait op de vorming van reactieve zuurstofsoorten die koolstofbindingen in PFAS aanvallen; in proeven gebeurt dat binnen enkele minuten. De deeltjes behouden hun katalytische werking na zeer veel zuiveringscycli en zijn met een magneet uit het water te halen.
De hardste test ligt bij geconcentreerde industriële reststromen, zoals het concentraat uit omgekeerde-osmose-installaties, waar veel vervuiling bij elkaar komt. In zulke concentraten helpt een voorbehandeling via pre-oxidatie die de hardheid van het water aanpakt als opmaat naar uv-afbraak, omdat die stap de eindreactie merkbaar efficiënter maakt. Onderzoekers van Liaoning University, Qinghai University, Northeastern University en Tsinghua University werken aan verdere optimalisatie van de solvatie en reactiviteit van gehydrateerde elektronen, onder meer gepubliceerd in Nature Communications (2026).
Blijf op de hoogte met de nieuwsbrief. Meld je hier aan.
( Je kunt ons ook steunen door lid te worden of te doneren )
