亞利桑那州立大學研發新技術 可有效消除水中超過 90%「永恆化學物質」

亞利桑那州立大學的研究人員開發了一種新技術，可以摧毀周圍和聚氟烷基物質（PFAS），這些物質通常被稱為「永恆化學品」。永恆化學品是一類合成物質，直到現在仍然不會腐爛、氧化或在陽光或土壤中分解。在一項研究中，國際聯盟設計了一種催化「獵人-殺手」膜，以消滅這些有毒分子。「我們每個人體內都有 PFAS。這些物質在環境中持續存在，並且會在食物鏈中上升，因此它們是一個重大的遺留問題。」

生物設計斯維特環境生物技術中心主任布魯斯·裏特曼（Bruce Rittmann）表示。

傳統水處理方法如活性碳過濾器、離子交換樹脂和反滲透技術可以從飲用水中提取有毒的 PFAS。然而，這些方法無法摧毀這些化學物質，只是將污染物困住。此外，這些過程會留下濃縮的鹽水和危險的廢物過濾器，最終設施會將這些廢物埋葬或焚燒，這樣導致問題延遲而非解決。「PFAS 很難被分解，正常的處理過程是無法有效的。」裏特曼補充道。這種堅韌的原因在於碳-氟鍵，這在有機化學中被認為是最強的鍵。

氟原子像齧合的護甲板一樣保護著碳骨架，微生物無法消化它，化學物質也無法穿透它。「事實上沒有地方可以開始進行分解。」裏特曼解釋道。

新技術的運作原理

為了破解這個難題，裏特曼的團隊與來自萊斯大學、同濟大學、新加坡國立大學和南京大學的合作夥伴共同工作，並轉向一種巧妙的分子配對方法。研究人員建造了一種空心纖維膜，其外部包覆著鉑金納米顆粒，而不是在開放水域中攻擊 PFAS。該過程是從內部開始運行的。加壓氫氣通過微小的空心纖維管的中心，向外擴散，直到與鉑金催化劑相遇。這個催化劑將成對的氫分子分裂為高度反應性的單一氫原子。

同時，漂浮在周圍水中的 PFAS 分子附著在鉑金表面，將反應性的氫和目標污染物聚集在一起以進行消滅。當目標與活化氫在表面相遇時，催化劑促使一場激烈的化學反應。氫剝去了保護性的氟護衞，將分子剝離其「永恆」的超能力，並將其還原為無害的組分。

技術的挑戰與未來

在為期 58 天的持續試驗中，該系統處理了含有六種不同監管優先 PFAS 化合物的水，去除了每種化合物的 90% 以上，並剝離了總氟的 83%。據報導，高 PFAS 濃度的地下水遍佈世界各地的軍事基地、市政填埋場、機場和污水處理廠。這些毒素在作物、牲畜和人類組織中積累，接觸與腎癌、甲狀腺疾病、免疫功能障礙和發展延遲有關。一種能夠拆解整個化合物家族的通用機制可能會改變環境修復的方式。

在這項技術可以在市政水系統中部署之前，仍需解決幾個挑戰。例如，需要最小化所需的鉑金量以降低成本。這種貴金屬的交易價格約為每千克 US$50,000 (約 HK$390,000)。實際部署可能會將反應器與現有的過濾方法配對，首先濃縮被污染的水，這使得催化系統能有效地消滅產生的廢水流。獵人-殺手化學的出現表明，這種持久的有毒遺產可能最終將結束。

項目	規格
處理時間	58 天
去除率	超過 90%
氟剝離率	83%

新技術對環境修復的潛在影響

PFAS被稱為「永恆化學品」，因其在環境中持久存在且難以分解，對生態和人類健康造成威脅。亞利桑那州立大學的這項新技術，通過創新的催化方法，有潛力有效消除這些有害物質，標誌著環境修復領域的一個重要進展。儘管仍需克服成本和技術部署的挑戰，但這一突破可能改變水處理行業的未來，促進更安全的飲用水供應，減少PFAS對生態系統的長期影響。