基于光的光催化系统可在室温下分解 PFAS

Josiah02

科罗拉多州立大学的研究人员找到了一种分解 PFAS 的新方法。PFAS 是一类人造的“永久”化学物质，通常因其防水特性而被使用，但长期接触会带来健康风险。
PFAS（全氟烷基和多氟烷基物质）化合物中的碳氟键特别难以断裂。这种耐久性使得这些人造化学品在医疗、工业和商业领域得到广泛使用。
然而，美国环境保护署称，这种固有的稳定性也使它们难以处理，随着时间的推移，它们已经进入世界各地的水、空气和土壤。美国环境保护署表示，接触这些残留化合物可能导致健康问题，包括癌症或生殖问题。
在《自然》杂志发表的一篇论文中，科罗拉多州立大学的研究人员展示了一种有效的基于 LED 光的光催化系统，该系统可在室温下用于分解那些关键的碳氟键。该系统是对传统化学制造工艺的改进，传统化学制造工艺通常需要高温才能达到类似的效果。
科罗拉多州立大学的研究工作由化学系的 Garret Miyake 教授领导。他的团队与科罗拉多州立大学化学系的 Robert Paton 教授以及科罗拉多大学博尔德分校的 Niels Damrauer 教授合作完成了这篇论文。
三宅表示，这些团队互补的专业知识促成了这一影响深远的跨学科研究成果。
他说：“我们的方法是有机合成领域的一项根本性进步，能够在各种情况下激活这些具有挑战性的碳氟键。我们的方法更具可持续性和效率，除了 PFAS 的明显用途外，还可用于处理塑料中的顽固化合物。”
Garret Miyake 教授与实验室的一名研究人员交谈。图片来源：科罗拉多州立大学自然科学学院
世界上大多数人都是通过接触或食用含有 PFAS 的材料而接触到 PFAS 的。一种常见的接触源是饮用水，但这种化合物也存在于不粘消费品、食品包装和常见的制造工艺中。
美国环保署领导的研究表明，即使是低水平的接触也会导致发育影响，如低出生体重或免疫反应降低，以及许多其他健康问题。
博士后研究员 Mihai Popescu 是该论文的作者之一，他利用计算化学对这项研究的机制理解做出了贡献。他说，下一个挑战将是采用这项技术并准备将其应用于许多实例中。
“我们需要让这项技术更加实用，这样它就可以在水或土壤中使用——这些地方都有 PFAS，”Popescu 说。“我们需要在这里展示的化学物质在这些条件下发挥作用，而这方面还有很多工作要做。”
Miyake 目前担任校园可持续光氧化还原催化中心 (SuPRCat) 主任。该中心于 2023 年成立，目标是开发利用光能并利用现成材料作为催化剂的化学制造工艺。
Miyake 指出，该中心每天都在进行与本文讨论的类似的研究项目。领导这项工作的合成开发并同时是 SuPRCat 成员的博士后研究员 Xin Liu 表示，这项工作具有许多可能性。
刘说：“这篇论文专门讨论了永久化学物质，但我们在 SuPRCat 中使用 LED 灯的方法为以更可持续和更有效的方式实现这些反应提供了大量可能性。”
“从处理不能快速降解的塑料到改进所需肥料的制造工艺，这是一个关键领域，科罗拉多州立大学在这方面处于领先地位。”