01全氟和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）的概述
全氟和多氟烷基物質(zhì)（Per- and polyfluoroalkyl substances，簡稱PFAS）是一類由碳鏈組成的有機(jī)化合物，其氫原子被氟原子所取代。這類物質(zhì)自20世紀(jì)40年代起便廣泛應(yīng)用于工業(yè)和消費(fèi)品中，形成了一個(gè)包含超過14,000種化合物的龐大家族。它們獨(dú)特的強(qiáng)碳-氟（C-F）鍵結(jié)構(gòu)，賦予了PFAS出色的耐熱性、防水性和抗油性。然而，這種穩(wěn)定性也帶來了環(huán)境及生物體內(nèi)的極難分解問題，使得PFAS成為全球環(huán)境和公共衛(wèi)生領(lǐng)域的重大威脅。
02PFAS處理技術(shù)
【 非破壞性分離技術(shù) 】
在面臨PFAS全球環(huán)境和公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)的背景下，研發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的處理技術(shù)顯得尤為迫切。目前，針對長鏈PFAS如全氟辛酸PFOA和全氟辛烷磺酸PFOS的處理技術(shù)已有一定進(jìn)展，然而，短鏈PFAS如全氟丁酸PFBA的治理卻仍存在顯著挑戰(zhàn)。
非破壞性分離技術(shù)主要依賴各類材料來提取水中的PFAS。這些材料通常具有可再生性，能夠進(jìn)行重復(fù)利用。然而，此類技術(shù)的關(guān)鍵限制在于其無法徹底降解PFAS，可能會(huì)產(chǎn)生需要進(jìn)一步處理的二次廢物。
吸附與離子交換技術(shù)是其中一種常見的方法。它通過使用活性炭、離子交換樹脂等材料來富集水中的PFAS。這些材料在經(jīng)過適當(dāng)處理后，可以再生并重復(fù)使用。但需要注意的是，這種技術(shù)僅將污染物從一種形態(tài)轉(zhuǎn)移到另一種形態(tài)，并未實(shí)現(xiàn)其真正的降解。因此，處理后的濃縮廢物流通常需要進(jìn)一步的二次處理。另一種技術(shù)是膜分離技術(shù)，包括納濾（NF）和反滲透（RO）。這兩種技術(shù)能夠高效地截留長短鏈PFAS，去除率超過90%。然而，它們也面臨著兩個(gè)主要的挑戰(zhàn)：一是需要處理產(chǎn)生的高濃度PFAS廢液；二是膜污染問題可能導(dǎo)致運(yùn)行成本上升。新型的反應(yīng)性電化學(xué)膜技術(shù)正在開發(fā)中，它結(jié)合了分離與降解的功能，能夠同步實(shí)現(xiàn)PFAS的截留和礦化，有望成為未來解決PFAS污染問題的關(guān)鍵技術(shù)。
【 破壞性降解技術(shù) 】
破壞性降解技術(shù)專注于徹底分解PFAS，將其中的氟元素礦化為無害的氟化物，例如氟化鹽。這一技術(shù)領(lǐng)域涵蓋了多種方法，包括光催化還原、電化學(xué)氧化以及等離子體技術(shù)等。
光催化還原方面，中科大團(tuán)隊(duì)開發(fā)的KQGZ超級光還原劑能夠在40~60℃的低溫環(huán)境下高效斷裂C-F鍵，將特氟龍等PFAS分解為碳資源和氟化鹽，實(shí)現(xiàn)近100%的脫氟率。這一突破歸功于其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效促進(jìn)了電子轉(zhuǎn)移，為低溫降解PFAS提供了新思路。
電化學(xué)氧化技術(shù)則利用芬頓輔助體系，通過硼摻雜金剛石（BDD）電極生成強(qiáng)氧化性羥基自由基（·OH），實(shí)現(xiàn)對29種PFAS的高效降解，同時(shí)保持較低的能耗。此外，集成吸附-降解材料如吡唑基金屬有機(jī)框架（PCN-1003）不僅具有高吸附容量，還展現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性，能有效加速PFOA的脫羧降解。
等離子體技術(shù)通過氣-液界面活性物質(zhì)直接分解長鏈PFAS，加入表面活性劑后，更是能達(dá)到99%的地下水PFAS降解率，且能耗較低。然而，熱分解（焚燒）作為目前唯一工程化應(yīng)用的破壞性降解技術(shù)，雖然能實(shí)現(xiàn)PFAS的徹底分解，但高溫可能釋放有毒氣體，且高能耗與安全風(fēng)險(xiǎn)限制了其推廣應(yīng)用。
值得注意的是，最新研究揭示了實(shí)現(xiàn)可靠脫氟的關(guān)鍵在于深入理解PFAS在降解系統(tǒng)中的行為。Shendong Tan等在紫外光/亞硫酸鹽體系中探討了水合電子還原技術(shù)對多種PFAS的完全脫除機(jī)制，發(fā)現(xiàn)逐步脫氟過程中電子轉(zhuǎn)移是限速步驟。而Sarah Glass等則探討了非均相催化PFAS脫氟技術(shù)的挑戰(zhàn)與應(yīng)對策略，為未來研究提供了新的方向。這兩項(xiàng)重要研究均已發(fā)表在2025年第3（633）期Nature Water上。
03結(jié)論與展望
PFAS污染問題依然嚴(yán)峻，全球范圍內(nèi)都面臨著這一復(fù)雜威脅。單一技術(shù)難以提供完美的解決方案，但通過結(jié)合多種方法，我們有望取得顯著成果。例如，可以采用分離與降解相結(jié)合的策略，利用功能材料實(shí)現(xiàn)污染物的有效富集與原位分解。
結(jié)多技術(shù)手段，應(yīng)對PFAS污染，強(qiáng)調(diào)的是高效、低成本、低能耗的治理方案的開發(fā)和應(yīng)用。對PFAS治理技術(shù)的深入研究不僅是對各國日益嚴(yán)苛監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)的積極響應(yīng)，更是保障公眾健康和水資源安全的必要措施。未來，需要科學(xué)家、政策制定者與業(yè)界共同努力，確保解決方案的高效性、公平性和可持續(xù)性。
