环保新希望-光催化PFAS低温脱氟技术取得重大进展

发布时间:2025-02-21 阅读:56
全氟和多氟烷基物质(PFAS)具有独特的热稳定性、化学稳定性、疏水及疏油特性等,广泛应用于化工、电子、医疗设备、纺织机械、核工业等领域。然而碳-氟键的惰性导致PFAS在自然环境或温和条件下难以降解,PFASs也因此被称为“永久化学品”。例如,大量废弃的全氟辛酸(PFOA),全氟辛磺酸(PFOS)等在自然界无法降解,已在自然水域、生物体甚至人体内检测到。它们在人体的富集会影响发育、生殖等,还会造成肝中毒、内分泌紊乱及致癌等危害。此外,特氟龙在260摄氏度可维持多年不分解,在500℃以上分解时则会释放出有毒气体。因此,被废弃于自然界的PFAS引发了一系列环境及健康问题。

近日,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心及化学系的研究团队创制了一种超级光还原剂,并基于此发展了低温的催化还原特氟龙等全氟及多氟烷基化合物的高效降解。相关成果已以“Photocatalytic low-temperature defluorination of PFASs”为题发表在Nature上。


目前,全氟和多氟烷基物质(PFAS)的降解方法主要包括水热法、机械化学法、电化学法、等离子体法以及过渡金属催化法等。现在的降解方式主要还是通过高温高压或输入大量能量对全氟和多氟烷基物质的结构进行破坏。这些方法具有能量损耗大、成本高、处理不完全、毒性大、污染高等缺点。亟需寻找一种廉价、原子经济性高、绿色环保、温和的方式来降解这些全氟和多氟烷基物质(PFAS),尤其是PTFE的降解。

围绕上述挑战,研究团队基于在特定光照下具有超强还原性的原理,设计创制了超级有机光还原剂(取名为KQGZ),首次实现了低温下(40-60 ℃)的特氟龙及小分子PFAS的完全脱氟矿化,将其高效回收为无机氟盐和碳资源。

光催化PFASs低温脱氟示意图

还原剂是能够提供电子的化学物质;而超级还原剂则是能够把电子注入到还原电位低于负 3 伏特的化学键的电子供体。

超级光还原剂KQGZ的设计灵感源于高度扭曲的咔唑核结构,这一结构能够有效促进电子的导出和还原反应。这一发现不仅为PFAS的降解提供了新的思路,也推动了光还原催化剂的研究进展。该研究首次证明,激发态氧化电位并非判断光催化剂还原能力的唯一标准,超级还原剂的创新性设计使其在现有的百余类反应中均取得了令人满意的结果。

KQGZ的广谱性能使它能够破坏强碳-杂原子以及杂-杂原子键,使得在环境中难以降解的PFAS能够得到彻底去除。这种技术的突破为解决持久性有机污染物问题提供了新的解决方案,具有极大的环保意义。

前衍可供研究的部分PFAS(全氟和多氟烷基物质)

中文名 缩写 CAS号 链接
全氟戊酸 PFPeA 2706-90-3 订购
全氟己酸 PFHxA 307-24-4 订购
全氟庚酸 PFHpA 375-85-9 订购
全氟辛酸 PFOA 335-67-1 订购
全氟壬酸 PFNA 375-95-1 订购
全氟癸酸 PFDA 335-76-2 订购
全氟十一酸 PFUnDA 2058-94-8 订购
全氟十二酸 PFDoDA 307-55-1 订购
全氟丁烷磺酸 PFBS 375-73-5 订购
全氟己烷磺酸 PFHxS 355-46-4 订购
全氟辛烷磺酸 PFOS 1763-23-1 订购
全氟癸烷磺酸 PFDS 335-77-3 订购

关键词:环保,光催化,PFAS,低温脱氟技术

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