德累斯顿-罗斯托克赫尔姆霍兹中心(HZDR)的研究人员正在测试两种旨在破坏全氟和多氟烷基物质(PFAS)的技术，PFAS是一类以抵抗自然和常规降解过程而闻名的工业化学品。第一种方法采用水动力空化技术，在被污染水中创造和崩溃微小的蒸汽气泡。第二种方法结合了冷等离子体和气体扩散。赫尔姆霍兹环境研究中心(UFZ)的专家进行的分析确认，PFAS分子在处理过程中被降解，氟在处理过程中被释放。一旦这些技术足够成熟以供商业使用，它们可以帮助工业处理受污染的废水，防止废水流入河流、湖泊和海洋。为什么PFAS如此难以销毁 一些PFAS被怀疑会损害遗传物质并增加癌症风险，尽管这一类许多化合物的生物影响仍然知之甚少。超过10,000种短链和长链的工业化学品被归类为PFAS。它们的非凡耐用性来源于高度稳定的碳-氟键，这是有机化学中最强的键之一。这种抗性使PFAS获得了“永久性化学物质”的绰号。PFAS可以通过废水进入河流和海洋，现在已经扩散到全球。研究人员最近还在易北河中检测到高浓度，这对植物、动物和人类构成了潜在的健康风险。作为德国“国家水战略”的一部分，该战略旨在保护水资源并确保国家的饮用水供给，HZDR的科学家正在研究减少PFAS污染和系统性销毁这些化学物质的方法，而不是简单地去除或转移它们。一项于2022年启动的初步研究由博士后研究员Ysabel Huaccallo-Aguilar博士领导。她的团队研究了水动力空化是否可以降解水中的PFAS。崩溃气泡创造极端条件 “在水动力空化中，我们通过一个收缩部位将富含PFAS的水流过，产生小的蒸汽气泡，”水和环境技术部门的负责人Sebastian Reinecke博士解释道。长链PFAS像表面活性物质一样表现，导致其在气泡上聚集。随着水流过收缩部分，压力升高，气泡猛烈崩溃。“当气泡在收缩后下游水中不断上升的环境压力下破裂时，附着在气泡上的PFAS会暴露在几千摄氏度的局部温度峰值下，”Reinecke解释道。空化还会产生高度活性的氢氧基自由基。这些分子会与附近的物质迅速反应，可能有助于破坏PFAS降解初始阶段产生的化合物。“我们的假设是它们会攻击中间产物，显著提高PFAS的降解。”Huaccallo-Aguilar及其同事证明了空化可以在自来水中降解PFAS，同时矿化有机结合的氟。随着处理的持续，水中测量到的氟化物数量稳步增加，表明氟正在从原始PFAS分子中分离出来。实验集中于全氟辛烷磺酸盐(PFOS)，这是PFAS家族中研究得比较透彻且异常持久的成员。在测试结束时，该过程已降解约37%的溶解PFOS分子，同时保持了稳定的降解率。“我们现在正在进行后续实验，以提高降解率，”Reinecke解释道。“我们的目标是改善这一过程，使解决方案中PFAS的降解率超过80%，并矿化超过50%结合在化学物质中的氟——这意味着破坏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博士结合了冷等离子体和气体扩散来破坏PFAS。这种方法在正常周围条件下工作，并且不需要催化剂或添加化学物质。在其博士研究期间，Kumar研究了等离子体产生的反应性化学物种如何分解微污染物。他对此进行了改编以适用于PFAS实验。“我们在水面产生等离子体，同时将气体引入PFAS污染的水中，”Sebastian Reinecke解释实验设置。“PFAS附着在气体气泡的表面。随着它们上升，水被不断循环。这将PFAS带到水面，在那里它们被等离子体分解。”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%的原本结合在化学物质中的氟原子。