DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE PFAS perfluorocarburi Prof. Lino Conte Laboratorio sulla Chimica del Fluoro Dipartimento di Ingegneria Industriale Università degli Studi di Padova, Via Marzolo 9 35131 Padova, Italia Tel.: +39 0498272557 email: lino.conte@unipd.it
PFAS PFAS è un acronimo inglese di PerFluorinated Alkylated Substances ovvero sostanze che contengono almeno un atomo di carbonio completamente fluorurato. Esempi dei PFAS più comuni: PFOA PFOS FTOH 8:2 PFOSA
PFAS Sostanze di sintesi con proprietà eccezionali: resistenza chimica, resistenza termica, bassissima tensione superficiale (proprietà anti-macchia) a partire da due processi alternativi: fluorurazione elettrochimica e telomerizzazione. Elettrofluorurazione Telomerizzazione CF3CF2-I + CF2 =CF2 CF3CF2CF2CF2-I CF3CF2CF2CF2-I + CH2 =CH2 CF3(CF2)3CH2CH2-I In ECF si formano alte % isomeri
PFAS + + Componente idrofila: capacità di veicolazione e interazione con il substrato (aggancio) 1 funzionalizzazione: aggiunta dell estensore di catena 2 funzionalizzazione: aggiunta del connettore Componente PFAS: proprietà idro ed oleorepellente (antimacchia)
PFAS Al diminuire della lunghezza della catena fluorurata peggioramento delle proprietà superficiali maggiori concentrazioni!
%NH reagiti a Angolo contatto H2O a 1 80 95.1 100.3 15.11 2 80 108.9 95.2 10.93 3 65 98.2 86,5 20.83 4 65 95.7 99.2 14.80 5 55 78.5 96.7 27.32 6 55 99.6 91.6 17.26 Prova a media di sei misure ripetute prove 1,3,5 = con epossido C8 prove 2,4,6 = con miscela di epossidi Angolo contatto Tensione CH2J2 superficiale mn/m
Applicazioni dei PFAS I campi di applicazione sono innumerevoli e la loro presenza ubiquitaria.
C4F9CH2CH2OCH2CH2CH2CH2CH3
Applicazioni dei PFAS Distribuzione degli utilizzi per tipologia (Fonte KEMI Swedish Chemical Agency, Occurence and Use of highly flourinated substances and alternatives, Report 7/15, Stoccolma 2015).
Applicazioni dei PFAS Distribuzione degli usi ed indicazione di alcune sostanze riconducibili alla struttura dei PFAS.
Applicazioni dei PFAS Concentrazioni di PFAS C5-C12 rilevati nel 2009 dall EPA in 116 campioni di prodotti al dettaglio (Posner, Polyfluorinated Chemicals and Transformation products, vol. 17 Handbook of Environmental Chemistry, 2011).
http://ec.europa.eu/growth/tools-databases/cosing/index.cfm?fuseaction=search.simple
Distribuzione dei PFAS in Veneto Le concentrazioni sono espresse in ng/l. Distribuzione dei PFAS nelle acque italiane: i risultati del progetto Stefano Polesello IRSA-CNR, 2010
Tecnologie di rimozione CARBONI ATTIVI SCAMBIO IONICO OSMOSI INVERSA
Carboni attivi VANTAGGI Trattiene PFAS ed altri microinquinanti (pesticidi, solventi). Facilmente scalabile (POE/POU, impianti centralizzati, acquedotti). Tecnologia attulamente utilizzata da tutti gli enti acquedottistici. Non richiede particolari accorgimenti tecnologici.
Carboni attivi SVANTAGGI Notevoli differenze di abbattimento per i vari tipi di carbone (minerale, vegetale) Saturazione rapida (4-8 mesi) per i PFAS a catena corta. Necessaria prefiltrazione spinta (microfiltrazione). Nessun indice dell avvenuta saturazione (analisi periodiche). Materiale non rigenerabile (sostituzione e smaltimento).
Osmosi inversa VANTAGGI Trattiene indifferentemente tutti i PFAS ed altri inquinanti (pesticidi, solventi, metalli, ione ammonio, arsenico). Facile applicazione su scala piccola e medio-piccola (POE/POU, impianti centralizzati) Non soggetta a saturazione. Facile monitoraggio dell intasamento.
Osmosi inversa SVANTAGGI Elevato consumo d acqua (recupero 15% impianti sottolavello 50%/70% piccole unità). Necessaria pretrattamento spinto (es. acque di pozzo). Eliminati sali minerali ed oligoelementi. Manutenzione da mediamente a molto onerosa. Smaltimento acque di scarto???
Scambio ionico VANTAGGI Trattiene PFAS ed altri inquinanti (nitrati). Materiale rigenerabile sul posto (vantaggio più teorico che pratico). Facile applicazione su piccola (usa e getta), media e larga scala (rigenerazione) (POE/POU, impianti centralizzati).
Scambio ionico SVANTAGGI Tecnologia sperimentale Necessaria pretrattamento spinto (es. acque di pozzo). Nessun indice di avvenuto esaurimento (necessarie analisi periodiche). Rigenerazione limitata (solo parziale rigenerazione da PFAS) Smaltimento soluzioni rigeneranti Rimozione di ioni competitivi (nitrati, solfati) Poche resine disponibili realmente efficaci (Purolite)
Conclusioni PFAS sostanze ubiquitarie nella vita quotidiana. Non esistono alternative tecnologiche a tutte le applicazioni. Esposizione attraverso molteplici vie Grosse difficoltà tecnologiche per raggiungere i livelli di performance imposti. Tecnologie di rimozione hanno limiti.
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE GRAZIE PER L ATTENZIONE Prof. Lino Conte Laboratorio sulla Chimica del Fluoro Dipartimento di Ingegneria Industriale Università degli Studi di Padova, Via Marzolo 9 35131 Padova, Italia Tel.: +39 0498272557 email: lino.conte@unipd.it