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環保新材料攻克PFAS 科學家實現在水中快速捕獲并分解污染物

文章來源：新能源網更新時間：2025-12-19 16:14:23

美國萊斯大學牽頭的一個國際科研團隊近日宣布，他們開發出一種全新環保工藝，可在水體中快速捕獲并分解被稱為“永久化學品”的全氟和多氟烷基物質（PFAS），這一成果被認為是在治理頑固環境污染方面邁出的重要一步。

PFAS 是自上世紀 40 年代以來廣泛用于特氟龍不粘涂層、防水服裝和食品包裝等日常產品的人造化學物質，因具有耐熱、防油、防水等優點而大量應用，但也正因為極難降解，被稱為“永久化學品”。目前，PFAS 已經在全球的水體、土壤和空氣中廣泛檢出，相關研究表明，暴露于這類物質與肝損傷、生殖問題、免疫系統紊亂以及某些癌癥風險上升有關，使其治理成為環境領域的突出難題。

長期以來，主流的 PFAS 去除技術主要依賴吸附：利用活性炭或離子交換樹脂等材料讓 PFAS 黏附其上，再將吸附劑集中處理。然而，這些方法往往存在效率低、處理速度慢、容量有限，以及在后續處置過程中產生二次廢物等問題。萊斯大學喬治·R·布朗工程與計算學院教授邁克爾·S·王指出，現有方法“太慢、效率太低，而且會產生額外廢棄物”，難以支撐長期且大規模的治理需求。

本次研究的突破來自一種銅–鋁層狀雙氫氧化物（LDH）材料，這一體系最早由韓國科學技術院（KAIST）的金建漢在 2021 年作為研究生期間發現。萊斯大學博士后研究員鐘永坤在進一步實驗中發現，其中一類含硝酸根的配方對 PFAS 表現出異常強的吸附性能。據他介紹，這種 LDH 對 PFAS 的捕獲能力比其他材料高出 1000 倍以上，而且作用速度極快，在數分鐘內即可去除大量 PFAS，比市售活性炭濾材快約 100 倍。

研究團隊指出，這種材料之所以高效，關鍵在于其內部高度有序的銅–鋁層狀結構以及輕微的電荷不平衡，為 PFAS 分子的結合提供了“又快又牢”的理想微環境。在后續測試中，研究人員分別在河水、自來水和廢水等真實水樣中驗證了其性能，無論是靜態處理還是連續流動系統，這種 LDH 都表現出穩定而優異的去除效果，顯示出在市政給水和工業廢水治理中的工程應用潛力。

針對 PFAS 治理中的另一大難題——徹底銷毀污染物，團隊同樣給出了新思路。鐘永坤與萊斯大學佩德羅·阿爾瓦雷斯和詹姆斯·圖爾合作，開發出一套熱分解工藝：將吸附飽和的 LDH 與碳酸鈣一起加熱，可以在不釋放有毒副產物的前提下分解并“礦化”超過一半已捕獲的 PFAS。更重要的是，這一過程還能再生活性材料，使其得以重復使用。

初步研究表明，這種材料至少可以完成六個完整的“捕獲–銷毀–再生”循環，被研究團隊視為目前首個實現 PFAS 去除與可持續循環利用一體化的環保系統。項目負責人王表示，這一獨特的 LDH 技術有望在不遠的將來改變 PFAS 污染水體的處理方式，而成果的取得離不開跨國合作以及年輕科研人員的創造力。

相關論文題為《一種可再生水處理平臺，用于超快速捕獲和礦化全氟和多氟烷基物質》，已于 2025 年 9 月 25 日發表于期刊《Advanced Materials》。該研究獲得韓國國家研究基金會、沙特阿美–KAIST 二氧化碳管理計劃、美國陸軍工程兵團工程研究與發展中心、萊斯大學可持續發展研究所和 WaTER 研究所等多方資助。

編譯自/ScitechDaily

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