全氟烷基物质 (PFAS) 被称为“永远的化学物质”，对环境和健康的威胁越来越大。自 1938 年特氟龙发明以来，PFAS 和全氟聚合物 (PF) 因其出色的稳定性和耐水性和耐热性而被广泛使用。

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，这种稳定性却成为一个大问题。PFAS 不易在环境中分解，导致它们在水、土壤甚至人体中积累，已知它们会引起致癌作用和荷尔蒙紊乱。

如今，这些化学物质存在于饮用水、食物甚至南极洲的土壤中。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，因为它们只有在超过 400°C 的温度下才会分解。因此，一定数量的含有 PFAS 和 PF 的产品最终会被填埋，可能会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脱氟方法，可能会彻底改变 PFAS 的处理方式。他们的研究于 2024 年 6 月 19 日发表在《应用化学国际版》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 (FP) 分解为氟离子。

利用这种方法，研究人员仅在光照8小时内就实现了全氟辛烷磺酸(PFOS)100%脱氟。

该研究的资深作者小林洋一 (Yoichi Kobayashi) 教授表示： “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。”

所提出的方法涉及在含有 PFAS、FP 和三乙醇胺 (TEOA) 的溶液中将可见 LED 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 分子中强的碳氟键。

对于光催化反应，研究人员将 0.8 毫克 CdS 纳米晶体 (NC)、0.65 毫克 PFOS 和 20 毫克 TEOA 添加到 1.0 毫升水中。然后他们将溶液暴露在 405 纳米 LED 光下以启动光催化反应。这种光激发纳米颗粒，产生电子空穴对并促进 MPA 配体从纳米晶体表面去除，为 PFOS 分子吸附到 NC 表面创造空间。

为了防止光激发电子与空穴复合，添加了 TEOA 来捕获空穴并延长可用于 PFAS 分解的反应电子的寿命。这些电子经历俄歇复合过程，其中一个激子(电子-空穴对)以非辐射方式复合，将其能量转移到另一个电子，并产生高度激发的电子。

这些高激发电子具有足够的能量，可以与吸附在NC表面的PFOS分子发生化学反应，导致PFOS中碳-氟(C-F)键断裂，从而将氟离子从PFAS分子中去除。

通过激光闪光光解测量确认了俄歇复合产生的水合电子的存在，该测量基于激光脉冲激发下的吸收光谱识别瞬态物种。脱氟效率取决于反应中使用的 NC 和 TEOA 的数量，并随着光照时间的增加而增加。

对于 PFOS，光照 1 小时、2 小时和 8 小时后，脱氟效率分别为 55%、70%-80% 和 100%。利用这种方法，研究人员还成功地在光照 24 小时后实现了氟聚合物 Nafion 81% 的脱氟率。Nafion 广泛用作电解和电池中的离子交换膜。

氟是许多行业的关键成分，从制药到清洁能源技术。通过从废弃 PFAS 中回收氟，我们可以减少对氟生产的依赖，并建立更可持续的回收工艺。

小林教授总结道：“这项技术将有助于氟元素回收技术的开发，氟元素可用于各行各业，并支持我们繁荣的社会。”