新成果实现水中氟化物高效降解
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2026-02-11 09:01:17
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被称为“永久化学品”的全氟和多氟烷基物质(PFAS)因极难降解成为全球环境治理难题。记者2月9日从南开大学了解到,该校环境科学与工程学院孙红文、张鹏团队开发出一种基于铜离子配体—金属电荷转移的光化学新技术,在近紫外至可见光条件下,实现了水体中PFAS的高效、彻底降解。相关研究成果近期在线发表于国际期刊《自然·通讯》上。

PFAS因其优异的稳定性和疏水疏油特性,被广泛应用于不粘锅涂层、消防泡沫、防水纺织物等产品中。但也正因其分子中碳—氟键极其稳定,这类物质在自然环境中几乎无法分解,容易在水体和生物体内长期累积,并通过食物链放大,对人体健康和生态系统构成持续威胁。如何真正切断稳定的碳—氟键,实现PFAS的彻底无害化处理,一直是环境科学与工程领域公认的技术难题。

目前常用的PFAS处理技术各有局限。高级氧化还原、电化学等方法往往能耗较高、选择性不足,且容易产生更难处理的短链含氟副产物;吸附、膜分离等非破坏性技术虽然可以降低水体中PFAS的浓度,却只是将污染物转移,并未实现真正意义上的销毁。

此次,研究团队提出了一种全新的PFAS处理方法。在乙腈溶剂中,去质子化的PFAS分子可与铜离子形成稳定配合物。在365纳米LED光照射时,PFAS分子上的电子通过配体—金属电荷转移过程被激发并转移至铜离子中心,从而高效引发PFAS的脱羧反应,并进一步启动逐级“链缩短”的降解历程,最终实现彻底矿化。

实验结果显示,该方法具有极高的效率和彻底性。在乙腈溶剂中,仅需365纳米LED光照300分钟,即可实现全氟辛酸的100%降解和100%脱氟。对于通常更难处理的超短链PFAS,如三氟乙酸,该方法同样表现优异,在60分钟内即可实现99%以上的降解和脱氟。研究还证实,该方法对多种结构不同的PFAS具有良好适用性。

机理研究表明,该方法避免了非选择性副反应,实现了PFAS向二氧化碳和无机氟化物的定向、彻底转化。“这一过程的本质是‘精准激发’。”论文通讯作者之一、南开大学环境科学与工程学院副教授张鹏说,“我们利用PFAS自身作为配体与铜离子‘牵手’,光能直接作用于二者关键结合点,从而专一地完成降解的第一步,避免了传统方式的随机性和副反应。”

张鹏说,该方法不仅为PFAS污染提供了一种经济、高效且彻底的治理新路径,也为其他顽固污染物的精准降解提供了新的研究思路。(记者陈曦)

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