【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所生物能源研究部生物能源化學(xué)品研究組(DNL0603組)王峰研究員、賈秀全副研究員團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心江桂斌院士團(tuán)隊(duì)合作，在微液滴化學(xué)研究方面取得新進(jìn)展。合作團(tuán)隊(duì)利用微液滴在氣-液-固三相界面的接觸起電現(xiàn)象，開發(fā)出一種在水相溫和條件下高效礦化全氟辛酸的新策略，可有效避免二次污染物的生成。
 

　　全氟化合物(PFAS)廣泛應(yīng)用于泡沫滅火劑、涂料、防污涂層等，經(jīng)長期排放與泄漏，已成為全球性污染物。作為新污染物治理領(lǐng)域聚焦的典型污染物，PFAS具有難降解、可長距離遷移、易生物累積、具有潛在健康風(fēng)險等特性，已成為我國污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的重點(diǎn)與難點(diǎn)?，F(xiàn)有PFAS降解技術(shù)通常需在苛刻條件下運(yùn)行，且存在降解不徹底(礦化率低)、生成短鏈PFAS副產(chǎn)物等局限性。
 

　　王峰團(tuán)隊(duì)前期通過超聲驅(qū)動水在微液滴、水汽及體相之間的快速轉(zhuǎn)化，制備出具有交流電壓的“人造云”，并基于此開展了多項(xiàng)帶電微液滴氧化還原反應(yīng)的研究(J. Am. Chem. Soc.，2023；J. Am. Chem. Soc.，2024；J. Am. Chem. Soc.，2024；J. Am. Chem. Soc.，2024)。
 

　　在本工作中，研究團(tuán)隊(duì)在“人造云”中進(jìn)一步引入硅酸鈣，利用微液滴在氣-液-固三相界面的接觸電致化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了全氟辛酸的高效礦化及氟離子的固定。研究人員首先通過云水中的電壓測試及暗室發(fā)光實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了微液滴在氣-液-固三相界面因接觸起電所導(dǎo)致的靜電擊穿，并通過電子順磁共振譜(EPR)確認(rèn)了以上起電-放電過程中的電子轉(zhuǎn)移導(dǎo)致水分解產(chǎn)生氫自由基和羥基自由基。隨后，團(tuán)隊(duì)通過理論計算并結(jié)合高分辨質(zhì)譜表征證實(shí)，微液滴界面產(chǎn)生的水合電子和自由基可以導(dǎo)致全氟烷基鏈深度脫氟加氫。該脫氟加氫路徑先于全氟烷基鏈的C-C鍵裂解路徑發(fā)生，從而抑制了短鏈PFAS的生成。進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)通過核磁共振波譜、離子色譜、氣相色譜等表征對全氟辛酸的轉(zhuǎn)化與產(chǎn)物進(jìn)行了定量分析，結(jié)果表明，反應(yīng)6小時后，全氟辛酸接近完全礦化，生成氫碳比在0.5至1范圍內(nèi)可控的合成氣，碳收率大于98%；體系中的硅酸鈣與氟離子反應(yīng)，形成具有Si-F-Ca穩(wěn)定界面結(jié)構(gòu)的CaF2-SiO2復(fù)合氧化物，抑制了CaF2中氟離子的溶出，從而實(shí)現(xiàn)大于96%的氟離子去除率。繼續(xù)反應(yīng)24 小時后，水中全氟羧酸濃度達(dá)到美國環(huán)保署和歐盟《飲用水指令》針對飲用水中PFAS濃度的最新要求(PFOS+PFOA≤4 ppt；總PFAS的限量為500 ppt)。團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上驗(yàn)證了微液滴連續(xù)反應(yīng)裝置的可行性：連續(xù)反應(yīng)500小時，全氟辛酸降解率穩(wěn)定保持在90%左右，同時，體系中氟離子殘留量在1 ppm上下波動，符合地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。該研究證實(shí)了微液滴界面可高效降解PFAS的能力，不僅為新污染物治理提供了新策略，也深化了對持久性有機(jī)污染物在海-氣界面遷移與自然衰減機(jī)制的理解。
 

　　相關(guān)研究成果以“Interactions of aqueous microdroplets and mineral particles drive fluorine-first perfluoroalkyl mineralization”為題，于近日發(fā)表在《美國化學(xué)會志》(Journal of the American Chemical Society)上。該工作第一作者是我所與鄭州大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生楊一帆。相關(guān)工作得到國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。