一种很有前途的新方法是用光来清除永久的化学物质

一种利用可见光LED灯在室温下分解全氟烷基物质(PFASs)的方法为可持续的氟回收和PFAS处理提供了一种很有前途的解决方案。立命馆大学(Ritsumeikan University)的研究人员在短短8小时内实现了全氟辛烷磺酸(PFAS的一种)100%的分解，并在24小时内实现了Nafion(含氟聚合物)81%的分解。这种创新方法可以从PFAS废料中回收氟，减少对新氟生产的需求。

　　

绰号为“永远的化学品”的全氟烷基物质(PFASs)对环境和健康构成越来越大的威胁。自1938年特氟龙发明以来，全氟乙烯和全氟聚合物因其优异的稳定性和耐水性和耐热性而得到广泛应用。这些特性使它们成为无数应用的理想选择，从炊具和服装到消防泡沫。然而，这种稳定性已经成为一个主要问题。全氟辛烷磺酸在环境中不易分解，导致它们在水、土壤甚至人体中积累，已知它们会导致致癌作用和激素紊乱。今天，这些化学物质可以在饮用水、食物甚至南极洲的土壤中找到。尽管有计划逐步淘汰PFAS的生产，但处理它们仍然具有挑战性，因为它们只能在超过400°C的温度下分解。因此，一定数量的含有全氟辛烷磺酸和全氟辛烷磺酸的产品最终被填埋，潜在地造成未来的污染风险。

现在，立命馆大学的研究人员提出了一种室温除氟方法，可以彻底改变PFAS的治疗方法。他们的研究发表在2024年6月19日的《Angewandte Chemie International Edition》杂志上，详细介绍了一种光催化方法，该方法利用可见光在室温下将PFAS和其他氟化聚合物(FPs)分解成氟离子。使用这种方法，研究人员在仅8小时的光照下就实现了全氟辛烷磺酸(PFOS)的100%去氟化。

该研究的主要作者Yoichi Kobayashi教授说:“所提出的方法有望在温和条件下有效分解各种全氟烷基物质，从而为建立可持续的氟回收社会做出重大贡献。”

所提出的方法包括在含有PFAS, FPs和三乙醇胺(TEOA)的溶液中，将可见光照射到硫化镉(CdS)纳米晶体和表面配体为巯基丙酸(MPA)的铜掺杂CdS (Cu-CdS)纳米晶体上。研究人员发现，照射这些半导体纳米晶体会产生具有高还原电位的电子，从而破坏PFAS分子中强大的碳氟键。

为了进行光催化反应，研究人员在1.0毫升水中加入了0.8毫克的CdS纳米晶体(nc)、0.65毫克的全氟辛烷磺酸和20毫克的TEOA。然后，他们将溶液暴露在405纳米的LED光下，以引发光催化反应。这种光激发纳米粒子，产生电子-空穴对，并促进纳米晶体表面的MPA配体的去除，为全氟辛烷磺酸分子吸附到NC表面创造空间。

为了防止光激发电子与空穴重新结合，添加TEOA来捕获空穴并延长可用于PFAS分解的活性电子的寿命。这些电子经历俄歇复合过程，其中一个激子(电子-空穴对)非辐射重组，将其能量传递给另一个电子，并产生高度激发的电子。这些高度激发的电子具有足够的能量来参与与吸附在NC表面的全氟辛烷磺酸分子的化学反应。这些反应导致全氟辛烷磺酸中的碳-氟(C-F)键断裂，导致氟离子从全氟辛烷磺酸分子中去除。

由俄歇复合产生的水合电子的存在，通过激光闪光光解测量得到了证实，该测量基于激光脉冲激发的吸收光谱确定了瞬态电子。除氟效率取决于反应中nc和TEOA的用量，并随光照时间的延长而增加。对于全氟辛烷磺酸，光照射1小时、2小时和8小时的除氟效率分别为55%、70-80%和100%。利用这种方法，研究人员还在24小时的光照下成功地实现了含氟聚合物Nafion 81%的去氟化。Nafion被广泛用作电解和电池中的离子交换膜。

从制药到清洁能源技术，氟是许多行业的关键成分。通过从PFAS废料中回收氟，我们可以减少对氟生产的依赖，并建立一个更可持续的回收过程。Kobayashi教授总结道:“这项技术将有助于氟元素回收技术的发展，这些技术被用于各个行业，并支持我们繁荣的社会。”