第一种方法利用水力空化，在受污染的水中产生并崩塌微小的蒸汽泡。第二种方法结合了冷大气等离子体与气体分散技术。赫姆霍兹环境研究中心（UFZ）的专家进行的分析证实，PFAS分子正在被降解，且在处理过程中释放出了氟化物。
一旦这些技术充分发展到可用于商业用途，它们就能帮助各行业在受污染废水排入河流、湖泊和海洋之前对其进行处理。
为何PFAS难以销毁
一些PFAS被怀疑会破坏遗传物质并增加患癌风险，尽管该类化合物中许多物质的生物效应仍知之甚少。超过10,000种短链和长链工业化学品被归类为PFAS。
它们非凡的耐久性源于高度稳定的碳氟键，这是有机化学中最强的化学键之一。这种抗性为PFAS赢得了“永久化学品”的绰号。
PFAS可通过废水进入河流和海洋，现已扩散至全球。研究人员最近还在易北河JianCe测到了高浓度PFAS，这对植物、动物和人类构成了潜在的健康风险。
作为德国旨在保护水资源并保障国家饮用水供应的“国家水资源战略”的一部分，HZDR的科学家们正在研究减少PFAS污染的方法，并系统地销毁这些化学品，而不仅仅是将其去除或转移。
2022年启动的一项初步研究由博士后研究员Ysabel Huaccallo-Aguilar博士领导。她的团队考察了水力空化是否能降解水中的PFAS。
气泡崩塌创造极端条件
HZDR水与环境技术系主任Sebastian Reinecke博士解释道：“在水力空化过程中，我们让富含PFAS的水流经一个收缩段，从而产生微小的蒸汽泡。”
长链PFAS的表现类似表面活性物质，导致它们聚集在气泡上。当水流过收缩段后，压力升高，气泡剧烈崩塌。
Reinecke解释说：“当气泡在收缩段下游的水中因环境压力升高而破裂时，附着在气泡上的PFAS会暴露在数千摄氏度的局部温度峰值下。”
空化还会产生高活性的羟基自由基。这些分子极易与附近的物质发生反应，可能有助于销毁PFAS分解初期产生的化合物。
“我们的假设是，它们会攻击中间产物，从而显著促进PFAS的降解。”
Huaccallo-Aguilar和她的同事证明，空化作用可以降解自来水中的PFAS，同时矿化有机结合氟。随着处理过程的持续，水JianCe测到的氟化物含量稳步增加，表明氟正从原始的PFAS分子中分离出来。
实验重点关注全氟辛烷磺酸酯（PFOS），这是PFAS家族中研究较为充分且异常持久的一员。测试结束时，该过程降解了约37%的溶解态PFOS分子，并保持了稳定的分解速率。
Reinecke解释道：“我们正在进行后续实验以提高降解率。我们的目标是将工艺改进至能降解溶液中80%以上的PFAS，并矿化化学物质中50%以上的结合氟——这意味着，断裂PFAS典型的碳氟键。”
冷等离子体快速攻击PFAS
在另一组实验中，环境工程师Amit Kumar博士结合冷大气等离子体与气体分散技术来销毁PFAS。
该方法在正常环境条件下运作，不需要催化剂或添加化学物质。在博士研究期间，Kumar曾研究等离子体产生的活性化学物质如何分解微污染物。他将这些发现应用于PFAS实验。
Sebastian Reinecke解释实验装置时说：“我们在水面产生等离子体，同时向受PFAS污染的水中通入气体。PFAS附着在气泡表面。当气泡上升时，水不断循环。这会将PFAS带到水面，并在等离子体中被分解。”
等离子体处理几乎完全降解了长链和短链PFAS。它还释放了约35%原本结合在化学物质中的氟原子，将其转化为氟化盐。
结果比空化法更快，但该方法也有重要的缺点。
Reinecke指出：“虽然该方法的反应动力学比空化法显著更快，但单位体积消耗的能量也多得多。此外，该过程会产生大量我们尚无法详细研究的转化产物——例如反应过程中形成的气态化合物。”
进一步的实验正在进行，以确定这些转化产物中是否有任何会对健康构成风险。研究人员还希望找到防止潜在有害物质形成的方法。
结合空化与等离子体技术
团队目前正在改进等离子体系统，以处理更大量的受污染水。通过使用多个电极和一个工艺气体喷射器，研究人员正在将反应体积从约50毫升增加到5升。
他们的长期目标是将等离子体处理与水力空化结合起来，将两种技术的优势融合到一个系统中。
Reinecke说：“我相信，通过将等离子体产生的高活性物质与空化效应相结合，我们将实现高降解率。”
如果这种组合方法被证明成功，它可能会催生一种新的、更高效的技术，用于在受污染水中的PFAS扩散到环境之前将其销毁。
本研究由赫姆霍兹协会的启动与网络基金通过赫姆霍兹创新实验室——清洁水技术实验室（CLEWATEC）资助，编号为HIL-A02。“HyKaPro SAB-EFRE”和“Plasma4PFAS SAB-EFRE”项目由欧盟和萨克森州议会批准的州预算税收收入共同资助。