化学家开发出去除水中"永久化学物质"的可持续方法

来源：cnBeta 　2023-08-09 09:00:31

全氟辛烷磺酸（PFAS）是一种用途极为广泛的化学品。正是这些富含氟的有机化合物让雨滴毫不费力地从我们的户外夹克上滑落。它们是食品包装纸的不粘层，也是灭火器泡沫和消防员使用的安全设备的重要成分。自 20 世纪 40 年代问世以来，含有全氟辛烷磺酸的产品种类和范围显著扩大。

(资料图)

含二茂铁单元的金属聚合物用于可逆吸收全氟化合物的图示。资料来源：Markus Gallei

然而，这种广泛的使用也引起了人们的担忧。由于其性质稳定且缺乏自然降解途径，这些耐久性化学品会在我们的环境中持续累积，给人类健康和周围环境带来严重问题。如今，在全球范围内，从水、空气、土壤到植物和动物，都能发现 PFAS 的踪迹。它们不可避免地也会进入人体。

这些化学物质对健康的危害到底有多大，目前还不清楚。初步的实验室动物研究表明，PFAS 可能会损害生殖健康。显而易见的是，这些合成化合物不属于自然环境，当然也不属于生物体。因此，设法降低环境中的 PFAS 污染水平是合理的。

但是，PFAS 的修复工作既复杂又具有挑战性，而且所使用的工艺本身也会对环境和气候造成不利影响。在清除之前，必须先检测出 PFAS。由于只需要少量的 PFAS 就能产生很大的影响（例如食品包装中的超薄涂层），因此检测工作并不容易。

传统上，PFAS 是通过使用特殊膜或成本较低的活性炭吸附剂进行过滤而从水中去除的。然而，要从这些过滤系统中回收 PFAS 并将其永久销毁，要么需要使用苛刻的化学条件，要么需要进行焚烧。

至少到目前为止还是如此。由萨尔州大学高分子化学教授 Markus Gallei、伊利诺伊大学香槟分校教授 Xiao Su 以及他们的博士生 Frank Hartmann（萨尔州）和 Paola Baldaguez（伊利诺伊州）领导的研究小组开发出了一种新的电化学方法，可以从水中去除全氟辛烷磺酸化学物质，然后再有效地释放出来进行销毁。这种新的 PFAS 修复平台可以收集、识别和销毁这些含氟污染物，而无需焚烧过滤器。

在研究小组开发的方法中，起核心作用的是被称为茂金属的含金属聚合物。1951 年，随着含铁分子二茂铁的发现，茂金属首次出现在人们的视野中。此后，又有许多其他茂金属被开发出来。弗兰克-哈特曼（Frank Hartmann）、马库斯-加利（Markus Gallei）和他们的国际团队发现，二茂铁功能化电极或弗兰克-哈特曼合成的钴功能化电极（甚至更有效）能够去除水中微量的全氟辛烷磺酸分子。

但真正的关键在于，如果在二茂铁或二茂钴金属聚合物上施加电压，它们就能"切换"电状态，释放之前捕获的全氟辛烷磺酸分子。弗兰克-哈特曼（Frank Hartmann）说："钴在这方面的能力明显强于铁。我们已经找到了一种方法，可以有效地将 PFAS 从水中去除，然后再释放出来，从而有效地使电极再生，以便继续使用。"

"与活性炭过滤器不同，活性炭一旦被全氟辛烷磺酸分子饱和，我就必须将其销毁，但如果我愿意，我可以无数次地更换茂金属，"马库斯-加莱总结研究工作的意义时说。

在奠定了技术基础之后，弗兰克-哈特曼、马库斯-加莱和他们在伊利诺伊大学的同事们现在正在寻求更大规模的开发，以促进从我们的河流和海洋中清除这些高持久性污染物。

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