球磨法實現PFAS的回收再利用

全氟烷基和多氟烷基物質(PFAS)是具有環境持久性和生物累積性的人造污染物。因其對人類健康有著負面影響而備受關注。自1940年代起,PFAS被廣泛應用於紡織品浸漬、滅火泡沫、食品包裝和烹飪用具等大量領域。PFAS的結構特徵是含有多個碳-氟(C-F)鍵,這賦予其獨特的防水、防油、耐熱和耐化學腐蝕等性質,但同時也使其難以被生物或化學降解。如今,這些物質已導致全球飲用水、牲畜和農產品普遍受到污染,且已證實長期接觸這些物質會對人類健康造成不良影響。雖然目前已有多種技術被用於降解PFAS,包括化學和光化學引發的氧化還原、機械降解、鹼性輔助分解和焚燒等等,但這些方法都無法有效回收氟元素並再次利用。因此,開發出一種能在溫和條件下破壞PFAS並將此回收再利用的方法,是科學家們正在努力的目標。

近日,英國牛津大學和美國科羅拉多州立大學的研究團隊,成功開發出一種能將各類PFAS回收再利用的溫和方法,也就是將其與磷酸鹽在球磨條件下反應,可實現高達95-100%的氟回收率。研究人員發現,透過球磨法使PTFE與磷酸鉀(K₃PO₄)或焦磷酸鉀(K₄P₂O₇)在35赫茲頻率下反應3小時,即可有效破壞碳-氟鍵。當使用K₃PO₄時,主要產物是氟化鉀(KF,84%)及少量氟磷酸鉀(K₂PO₃F,15%);而使用K₄P₂O₇時,則幾乎完全生成K₂PO₃F(99%)。此方法可成功應用於多種PFAS,包括多種形式的PTFE、PVDF、PFOA、PFOS以及全氟烷醇等27種不同類型的PFAS。研究團隊進一步證實,這些反應的產物可被用作有效的氟化試劑。例如,從PTFE回收的KF可直接用於合成多種高價值氟化學品,包括抗癌藥物Cabozantinib、抗瘧藥SJ733和除草劑triaziflam的前驅物。

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