亚利桑那州立大学研发新技术 可有效消除水中超过 90%「永恒化学物质」

亚利桑那州立大学的研究人员开发了一种新技术，可以摧毁周围和聚氟烷基物质（PFAS），这些物质通常被称为「永恒化学品」。永恒化学品是一类合成物质，直到现在仍然不会腐烂、氧化或在阳光或土壤中分解。在一项研究中，国际联盟设计了一种催化「猎人-杀手」膜，以消灭这些有毒分子。“我们每个人体内都有 PFAS。这些物质在环境中持续存在，并且会在食物链中上升，因此它们是一个重大的遗留问题。”

生物设计斯维特环境生物技术中心主任布鲁斯·里特曼（Bruce Rittmann）表示。

传统水处理方法如活性碳过滤器、离子交换树脂和反渗透技术可以从饮用水中提取有毒的 PFAS。然而，这些方法无法摧毁这些化学物质，只是将污染物困住。此外，这些过程会留下浓缩的盐水和危险的废物过滤器，最终设施会将这些废物埋葬或焚烧，这样导致问题延迟而非解决。“PFAS 很难被分解，正常的处理过程是无法有效的。”里特曼补充道。这种坚韧的原因在于碳-氟键，这在有机化学中被认为是最强的键。

氟原子像齧合的护甲板一样保护着碳骨架，微生物无法消化它，化学物质也无法穿透它。“事实上没有地方可以开始进行分解。”里特曼解释道。

新技术的运作原理

为了破解这个难题，里特曼的团队与来自莱斯大学、同济大学、新加坡国立大学和南京大学的合作伙伴共同工作，并转向一种巧妙的分子配对方法。研究人员建造了一种空心纤维膜，其外部包覆着铂金纳米颗粒，而不是在开放水域中攻击 PFAS。该过程是从内部开始运行的。加压氢气通过微小的空心纤维管的中心，向外扩散，直到与铂金催化剂相遇。这个催化剂将成对的氢分子分裂为高度反应性的单一氢原子。

同时，漂浮在周围水中的 PFAS 分子附着在铂金表面，将反应性的氢和目标污染物聚集在一起以进行消灭。当目标与活化氢在表面相遇时，催化剂促使一场激烈的化学反应。氢剥去了保护性的氟护卫，将分子剥离其「永恒」的超能力，并将其还原为无害的组分。

技术的挑战与未来

在为期 58 天的持续试验中，该系统处理了含有六种不同监管优先 PFAS 化合物的水，去除了每种化合物的 90% 以上，并剥离了总氟的 83%。据报道，高 PFAS 浓度的地下水遍布世界各地的军事基地、市政填埋场、机场和污水处理厂。这些毒素在作物、牲畜和人类组织中积累，接触与肾癌、甲状腺疾病、免疫功能障碍和发展延迟有关。一种能够拆解整个化合物家族的通用机制可能会改变环境修复的方式。

在这项技术可以在市政水系统中部署之前，仍需解决几个挑战。例如，需要最小化所需的铂金量以降低成本。这种贵金属的交易价格约为每千克 US$50,000 (约 HK$390,000)。实际部署可能会将反应器与现有的过滤方法配对，首先浓缩被污染的水，这使得催化系统能有效地消灭产生的废水流。猎人-杀手化学的出现表明，这种持久的有毒遗产可能最终将结束。

项目	规格
处理时间	58 天
去除率	超过 90%
氟剥离率	83%

新技术对环境修复的潜在影响

PFAS被称为「永恒化学品」，因其在环境中持久存在且难以分解，对生态和人类健康造成威胁。亚利桑那州立大学的这项新技术，通过创新的催化方法，有潜力有效消除这些有害物质，标志着环境修复领域的一个重要进展。尽管仍需克服成本和技术部署的挑战，但这一突破可能改变水处理行业的未来，促进更安全的饮用水供应，减少PFAS对生态系统的长期影响。