使用半导体纳米晶体作为光催化剂，只需在室温和大气压下将其暴露在可见光下，就成功地将PFAS分解为可回收的氟离子。
由立命馆大学生的研究小组正在研究一种极难分解的药物氟烷基化合物 (PFAS) 和 Nafion 被称为高度稳定的氟树脂，具有较高的环境和生物累积性，只需在室温和大气压下用可见光照射即可分解为氟离子，并可温和地回收利用。我们开发了一项技术来做到这一点。该研究成果于2024年6月发表在德国化学会期刊《Angewandte Chemie国际版》上。 含氟有机化合物具有优异的耐热性和耐化学性，在工业中得到广泛应用，但由于CF键强度较高，难以分解废弃物，且存在环境残留和生物蓄积问题。现有的分解技术需要高温和强氧化剂等恶劣条件，因此迫切需要开发替代技术。如果氟化合物能够在温和条件下分解，就有可能将其转化为可持续材料。在这项研究中，使用硫化镉（CdS）半导体纳米晶体（NC）和可见LED灯，在室温和压力下对全氟辛烷磺酸（PFOS） *6 （已知PFAS中更难分解）和Nafion进行了测试。我们开发了一种将其分解为氟离子的技术。PFOS在8小时内完全分解，每个纳米晶体CF键解离的催化转数达到17,200，表现出高催化循环特性。Nafion还在24小时内实现了81%的脱氟，并成功将含氟聚合物（PTFE）的表面变成了亲水性。据揭示， 这些分解是由于光照射和电子注入伴随俄歇复合*7导致表面有机配体脱离的协同机制所致。 该技术为PFAS和氟树脂的轻度光降解提供了新的可能性，有望有助于氟材料回收技术的发展，以及提高氟自给自足和实现可持续发展的社会。该技术还可用作捕集PFAS的过滤器的再生技术，有望应用于多种行业。 含氟有机化合物具有优异的耐热性、耐化学性、绝缘性和界面性能，是各个工业领域必不可少的材料。另一方面，由于CF键极强，出现了多种问题，包括废物分解困难、环境持久性高，甚至生物富集性高。据报道，有几种技术可以将氟化合物分解成可回收的氟离子，但它们需要高温、高压和强氧化剂等极端条件，并且受到水俣公约规定的限制，因此迫切需要替代技术。包括需要使用汞灯进行深紫外线照射。如果氟化合物能够在温和的条件下分解，则有望将活跃于社会的高功能氟化合物转化为可持续材料，为实现可持续循环社会做出贡献。 在这项研究中，我们首次成功地在硫化镉（CdS）半导体纳米晶体（NC）中发现了被称为“持久性化学物质”的全氟辛烷磺酸（PFOS）和广泛用于离子交换膜的磺化含氟聚合物Nafion。通过LED灯照射，在常温常压下有效分解氟离子。PFOS在8小时内完全分解为氟离子，每个纳米晶CF键解离周转数为17,200，表明其具有较高的催化循环特性。此外，光照射24小时后，Nafion的脱氟率达到81%，证明了其在可见光下的高效光催化性能。即使使用最强的含氟聚合物 PTFE，我们也成功地将表面从疏水性变为亲水性，尽管反应很慢。各种光谱和光催化研究表明，分解是由光照射时表面配体解吸和电子注入与俄歇重组的协同机制驱动的。该技术为在温和条件下有效催化分解各类PFAS提供了新的可能性，有望为创建可持续的氟循环社会做出贡献。图 1.使用可见 LED 光催化光降解 PFOS、Nafion 和 PTFE 的概述 温和分解PFAS的技术有望应用于各种行业，并为支持我们富裕社会的氟元素回收技术的发展做出贡献。此外，近年来，人们对PFAS的环境污染和健康影响感到担忧，并且已知使用主动过滤器进行去除，但该技术也可用于再生捕获了PFAS的过滤器。目前，氟材料的原材料很多依赖进口，但氟材料回收技术的发展有望提高氟自给率，为实现可持续社会做出贡献。 这项研究得到了日本学术振兴会 (JSPS) 科学研究补助金 (JP21K05012、JP24K01460) 和日本科学技术振兴机构 (JST) 战略基础研究促进项目 (PRESTO) (JPMJPR22N6) 的支持。
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