使用纳米粒子和超声波分解永久化学物质的新方法

消防泡沫、不粘炊具、防水纺织品和杀虫剂有什么共同点？它们都含有全氟和多氟烷基物质，或PFAS——人造化学物质，不会自然分解。因此，毫不奇怪，PFAS现在正在污染土壤和水，也可以在人类和动物体内检测到。危险是众所周知的：这些永久性的化学物质会损害肝脏，引发激素紊乱，并导致癌症，仅举几例

苏黎世联邦理工学院机器人与智能系统研究所教授Salvador Panéi Vidal领导的小组的研究人员开发了一种新方法来分解全氟辛烷磺酸（PFOS）的一个子组。由于其毒性，全氟辛烷磺酸现在受到严格限制甚至被禁止。这项研究发表在《小科学》杂志上

Panéi Vidal的博士生Andrea Veciana说：“主要问题是分子由被氟原子包围的长碳链组成。这种碳-氟键非常强，需要大量的能量才能打破它。”

用超声波和纳米粒子分解分子

为了分解全氟辛烷磺酸分子并在水中降解它们，研究人员首次使用了压电催化。“压电”是指压电，即在机械变形过程中产生的电荷，“催化”是指加速与合适物质的化学反应

“我们已经开发出压电纳米材料。肉眼看，这种材料有点像沙子，”Veciana说。在超声波浴中，这些颗粒带上电荷并充当催化剂。Panéi Vidal补充道：“正是这种电荷启动了整个反应链，并将全氟辛烷磺酸分子一块一块地分解。这就是为什么纳米颗粒被称为压电体。”

为了测量样品中的全氟辛烷磺酸盐浓度，研究人员与食品生物化学实验室的分析专家Samy Boulos合作。使用质谱仪，研究人员能够证明90.5%的全氟辛烷磺酸分子被降解

“然而，我们应该指出，我们使用的是每升4毫克的高浓度，”Veciana说

“在自然界，如湖泊和河流中，全氟辛烷磺酸浓度低于每升1微克。浓度越低，全氟辛基磺酸降解所需的时间就越长。”

目前正在开发的一些技术首先浓缩水，然后销毁全氟辛烷磺酰氟。这也是压电催化的一个关键步骤，必须在化学工业废水等特定应用中实施

优于以前的方法

在考虑现有的降解PFAS的选项时，新方法的潜力变得清晰起来。维恰纳说：“一种方法是热分解，但这需要超过1000摄氏度的温度，这使得它非常耗能。”

PFAS也可以通过光催化降解。该过程类似于压电催化，但使用光而不是机械能来激活催化剂。这种方法的主要问题是，在实践中，目标是处理废水，由于废水是浑浊的，因此透光率低

Veciana提到了第三种方法，“还有吸收法，即使用一种海绵从水中吸收污染物。但这只是将问题从一个地方转移到另一个地方；现在你需要一种解决渗透PFAS的海绵的方法。”

现有方法的缺点是ETH研究人员寻找分解PFAS的新方法的原因之一。压电催化的优点是能够与不同的机械能源一起工作。

“如果水必须在污水处理厂进行净化，并且水中已经存在湍流，那么这种能量也许可以用来分解其中的PFAS，”Veciana说

共同对抗PFAS

不幸的是，研究人员在实验室用50毫升水样取得的成果尚未付诸实践。“我们方法的可扩展性是最大的挑战之一，”Panéi Vidal说

“然而，我们已经成功地表明，压电催化是一种降解全氟辛烷磺酸的方法，并且比以前的方法更具优势。”此外，他们的方法不仅可以用于全氟辛烷磺酸盐，还可以用于任何其他全氟辛烷磺酰化物和微污染物

一般来说，应在化学品进入环境之前使用降解PFAS的方法，即在工业废水处理厂或收集的农业用水上进行再利用。Panéi Vidal说：“公司应该采取一切可能的措施，确保他们释放到环境中的水尽可能干净。”

Veciana补充道：“PFAS是一个全球性问题，首先应该通过政策变化和提高透明度来解决。”已经有很多媒体报道了PFAS禁令和更严格的法规，以迫使该行业对这些化学品的使用更加透明

Veciana说：“尽管如此，通过研究继续创新也很重要，以尽可能减少和补救现有的PFAS暴露。”