伊利诺伊大学香槟分校的最新研究提出了一种创新的电化学方法，可以在一个过程中捕获、浓缩并销毁水中的各种PFAS（全氟和多氟烷基物质），包括越来越常见的超短链PFAS。这项新技术有望解决半导体制造业日益严重的污染问题。
此前，伊利诺伊大学的研究表明，通过电化学吸附（电吸附）可以去除水中的长链和短链PFAS，但由于超短链PFAS分子小且化学特性不同，这种方法对其并不奏效。此次研究由化学与生物分子工程教授苏晓领导，采用了将“还原氧化电渗析”技术与电吸附结合的方式，成功应对了捕捉完整PFAS分子谱的挑战。
“我们选择了还原氧化电渗析技术，因为超短链PFAS在水中行为类似于盐离子，”苏教授解释道，“关键是要设计出一个高效的电渗析系统，能够捕捉超短链PFAS，并与电吸附过程协同作用，去除长链和短链PFAS，同时通过电化学氧化过程销毁它们，最终在单一设备中实现这一过程。”
苏教授团队之前已成功展示了高效的电渗析装置，这些装置能够去除各种非PFAS污染物。然而，该过程依赖于离子交换膜，这些膜昂贵且容易被PFAS分子堵塞。
为了克服这一问题，团队引入了一种廉价的纳滤膜，能够通过电场驱动去除PFAS，而不容易发生污染。这项技术基于团队此前在结合还原聚合物与纳滤膜方面的研究成果，从而实现了高效的能源节约型海水淡化。
图：创新电化学方法助力去除水中PFAS污染，解决半导体行业难题
在PFAS去除过程中，选材合适固然重要，但找到最有效的装置配置也是一个重大挑战。
“经过多次实验，我们最终确定了一个系统，该系统能够在去除水中的超短链PFAS分子的同时，通过碳电极去除剩余的短链和长链PFAS。这一过程还能将所有PFAS浓缩，使其更容易销毁。”苏教授补充道。
最后，通过还原氧化电渗析过程中的电化学氧化，捕获的PFAS被转化为氟离子，这一步是消除这些持久性污染物的关键。
苏教授表示，团队对将这一过程从实验室扩展到实际应用充满期待，希望不仅能解决废水处理问题，还能将该系统应用于工业废水处理。
“这个研究非常及时，因为美国政府、废水处理设施以及半导体行业对该技术的兴趣日益增加，”苏教授表示，“随着半导体生产预计在未来几年持续增长，PFAS治理将成为可持续生产中的一个重要课题。”
此次研究还得到了美国国家科学基金会ERASE-PFAS项目的资助。伊利诺伊大学的研究人员金娜永、约翰内斯·埃尔伯特和叶卡捷琳娜·什丘金娜也参与了此项研究。苏教授还隶属于伊利诺伊大学的土木与环境工程、化学以及贝克曼先进科学技术研究所。
