破解PFASs降解難題：島津LCMSMS & TOC助力新工藝探究

2025-05-08

【導讀】

近日四川大學建筑與環(huán)境學院郭洪光課題組在《Water Research》期刊發(fā)表最新研究成果《Concurrent Redox Reactions for Perfluorocarboxylic Acids Decontamination via UV-Activated Tryptophan Carbon Nanotubes》，該研究采用碳納米管（CNT）介導的電子轉(zhuǎn)移氧化，結(jié)合紫外激活色氨酸（Trp）的高級還原工藝（ARP），開發(fā)了UV-Trp/CNT協(xié)同氧化還原系統(tǒng)，并探究了該系統(tǒng)對全氟辛酸（PFOA）的降解效率，為利用碳材料構(gòu)建限域空間及催化全氟和多氟化合物（PFASs）的降解研究提供了啟示。在本研究中，島津三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀（LCMS-8050）和總有機碳儀（TOC-L）分別用于不同系統(tǒng)中PFOA含量監(jiān)測和總有機碳（TOC）的測定，以此評價其降解效率。

【研究成果概覽】

研究發(fā)現(xiàn)， UV-Trp/CNT系統(tǒng)結(jié)合了水合電子的還原作用與CNT介導的電子轉(zhuǎn)移氧化，顯著提升了PFOA的去除效率、脫氟率和TOC礦化效果。經(jīng)驗證，該系統(tǒng)對多種全氟烷基羧酸（PFCAs）均有效，但長鏈PFCAs的降解效果優(yōu)于短鏈。

? 相較于傳統(tǒng)單一氧化或還原工藝的局限性，氧化還原雙機制協(xié)同下能實現(xiàn)最大化脫氟效果。

? CNT的引入，通過其缺陷結(jié)構(gòu)和含氧官能團能富集PFOA和Trp，縮短反應距離并加速電子轉(zhuǎn)移，增強其催化活性，顯著提升PFOA的吸附去除效果，此外經(jīng)驗證CNT在水洗后仍可重復使用5次。

? 通過UV-Trp/CNT系統(tǒng)降解生成的短鏈中間體的生態(tài)毒性顯著低于原始PFOA，證明該系統(tǒng)的環(huán)境安全性。

? 優(yōu)化UV-Trp/CNT系統(tǒng)后，發(fā)現(xiàn)最佳反應條件為pH=10、1.5 mM Trp和1 g/L CNT，且少量腐殖酸（2 mg/L）可進一步促進脫氟。

【LCMS-8050和TOC-L助力UV-Trp/CNT系統(tǒng)中PFOS去除效率評價】

該研究以PFCAs中PFOA為例，以LCMS-8050和TOC-L測定不同條件下的PFOA的去除效果。實驗結(jié)果表明，UV-Trp/CNT系統(tǒng)能有效去除PFOA（如圖1），且去除率與處理時間正相關。為驗證UV-Trp/CNT系統(tǒng)對不同碳鏈長度PFCAs的適用性，研究了PFDA、PFHxA、PFBA和TFA的脫氟及去除效果（如圖2），結(jié)果表明長鏈PFCAs的降解效果優(yōu)于短鏈。不同PFCAs的去除進一步證實了該系統(tǒng)的降解規(guī)律。

圖1. 不同系統(tǒng)下的PFOA去除率和總有機碳

圖2. UV-Trp/CNT系統(tǒng)下，不同碳鏈長度的PFCAs的去除效果

【用戶心聲】

郭洪光，四川大學研究員、博士生導師，

國家高層次青年人才，國家重點研發(fā)計劃青年首席科學家。

現(xiàn)任住建部國家節(jié)水型城市評審專家、國際水協(xié)中國青年委員會委員、美國化學學會ACS西南分會秘書長等學術職務。主要從事水處理與環(huán)境治理研究，包括飲用水安全、新污染物識別與去除、減污降碳技術（如高級氧化消毒、高鹽廢水處理、CO?資源化利用）、新能源電池回收及智慧水務等領域。主持國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等多項科研項目，發(fā)表論文70余篇，出版教材及專著2部。曾獲四川省自然科學二等獎等獎勵，并擔任《Collagen and Leather》《中國給水排水》等期刊青年編委。

郭洪光教授指出，PFASs作為近年來備受關注的新型持久性有機污染物，對人體健康構(gòu)成重大威脅，因此深入研究其高效降解機制具有重要意義。在該研究中，島津LCMS-8050和TOC-L分析儀器為不同降解體系的評估提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。郭教授特別提到，課題研究的順利推進得益于島津成都分析中心及應用工程師的專業(yè)協(xié)助，期待未來能與島津開展更深入的合作，共同推動飲用水安全與污水處理領域的技術創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化。

撰稿人：劉滔

【參考文獻】

Wu, Han, et al. "Concurrent Redox Reactions for Perfluorocarboxylic Acids Decontamination via UV-Activated Tryptophan/Carbon Nanotubes." Water Research (2025): 123499.

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