PFAS是含有碳氟鍵的化合物,種類超過1萬。
PFAS具有耐熱、耐藥品、防水、防油等特性,可用于煎鍋、食品包裝涂料、地毯等的防水加工。在工業(yè)領域,可用于鋰離子電池、太陽能電池板材料、半導體制造工序。
國際條約限制生產的PFAS主要有三種,分別是泡沫滅火劑等所含的全氟辛烷磺酸(PFOS)、主要用于防水加工的全氟辛酸(PFOA)、全氟己烷磺酸(PFHxS)。PFOS和PFOA被指具有致癌性。要處理水中的PFOS等,需要用活性炭吸附后進行分解。
在利用PFAS生產其他產品的過程中,也會產生PFOS和PFOA。通常會在接近1000攝氏度的高溫下進行焚燒處理。利用高溫將緊密結合的氟和碳分解。不過,這需要用石油等化石燃料來提供熱量。由于處理過程會產生有害且腐蝕性高的氟化氫氣體,需要在特殊的焚燒爐中進行。
除PFOS等三種化合物外,人們尚未確認其他PFAS對健康的影響,因此沒有將之列為限制對象。不過,PFAS不易分解,會長時間停留在自然環(huán)境中。為了防止其造成環(huán)境污染,在進行廢棄處理時,有必要利用能夠輕松分解PFAS的技術。
立命館大學教授小林洋一等人將直徑為幾納米的硫化鎘結晶用作光觸媒,開發(fā)出分解PFAS的技術。如果利用發(fā)光二極管(LED)發(fā)出的紫色可見光進行照射,則會產生能破壞氟和碳的結合的能量,從而達到分解PFAS的效果。
將PFOS和光觸媒置于水中,加入“空穴捕獲劑”。“空穴捕獲劑”可捕捉在光觸媒作用下產生的帶有正電荷的空穴并促其分解。大約8小時后,碳氟鍵中兩大元素的結合被切斷,PFOS被完全分解為氟化物離子。研究團隊用同樣的方法分解了氟樹脂。這也是一種PFAS,用于生產離子交換膜等。
新技術有助于生產用于分解PFAS的簡易裝置,供企業(yè)處理電池和光伏板等工業(yè)廢棄物。新技術還可用于分解活性炭在水中吸附的PFAS。通過普及這一技術,可以防止PFAS殘留在自然環(huán)境中。今后的目標是,弄清PFAS被分解的詳細機制。研究團隊還將推進與企業(yè)聯(lián)合生產大型裝置,力爭實現(xiàn)這一技術的實用化。
神奈川大學教授堀久男研究的技術是,在低于焚燒溫度的條件下分解PFAS。如果對水施加高壓,則即使溫度超過100攝氏度,水也不會沸騰,得以保持液體狀態(tài)。這種水具有不同于常溫水的性質,可以溶解有機化合物等。堀久男等人在約50個大氣壓、200至300攝氏度的環(huán)境下開展了實驗。
加入氧化劑后,研究團隊在數小時至1天左右的時間內,對氟樹脂等分子量較大的PFAS完成分解。他們使PFAS所含的氟和碳轉化為氟化物離子和二氧化碳,以90%左右的收獲率成功實現(xiàn)回收。研究團隊的目標是,通過與企業(yè)開展聯(lián)合研究,開發(fā)出分解大量PFAS的技術。
立命館大學和神奈川大學開發(fā)的分解技術,也有助于對PFAS進行再利用。作為PFAS所含氟的主要來源,螢石是一種以氟化鈣為主要成分的礦物。僅有部分國家生產這種礦物,因此存在無法穩(wěn)定供應的風險。
如果讓利用新技術分解PFAS所產生的氟化物離子與鈣發(fā)生反應,則可以生產出高純度的氟化鈣。在螢石供應不穩(wěn)定時,如果將這些氟化鈣用作替代原料,則或許可以為生產半導體、鋰離子電池和太陽能電池板提供資源。
在涉及PFAS的部分用途(例如用于生產半導體等)時,如果使用替代原料,則可能影響質量和生產效率,因此難以全面禁止使用PFAS。堀久男指出:“有必要建立PFAS產品再利用制度等,營造能夠妥善處理PFAS產品的環(huán)境。”(編譯/馬曉云)









