破解PFASs降解難題：島津LCMSMS & TOC助力新工藝探究
發(fā)布時(shí)間:2025-05-20 閱讀次數(shù)：135次
【導(dǎo)讀】
近日四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)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(dǎo)的電子轉(zhuǎn)移氧化，結(jié)合紫外激活色氨酸（Trp）的高級(jí)還原工藝（ARP），開(kāi)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(duì)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(jī)碳儀（TOC-L）分別用于不同系統(tǒng)中PFOA含量監(jiān)測(cè)和總有機(jī)碳（TOC）的測(cè)定，以此評(píng)價(jià)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(dǎo)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(yàn)證，該系統(tǒng)對(duì)多種全氟烷基羧酸（PFCAs）均有效，但長(zhǎng)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(jī)制協(xié)同下能實(shí)現(xiàn)最大化脫氟效果。
? CNT的引入，通過(guò)其缺陷結(jié)構(gòu)和含氧官能團(tuán)能富集PFOA和Trp，縮短反應(yīng)距離并加速電子轉(zhuǎn)移，增強(qiáng)其催化活性，顯著提升PFOA的吸附去除效果，此外經(jīng)驗(yàn)證CNT在水洗后仍可重復(fù)使用5次。
? 通過(guò)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(yīng)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(jìn)一步促進(jìn)脫氟。
【LCMS-8050和TOC-L助力UV-Trp/CNT系統(tǒng)中PFOS去除效率評(píng)價(jià)】
該研究以PFCAs中PFOA為例，以LCMS-8050和TOC-L測(cè)定不同條件下的PFOA的去除效果。實(shí)驗(yàn)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(shí)間正相關(guān)。為驗(yàn)證UV-Trp/CNT系統(tǒng)對(duì)不同碳鏈長(zhǎng)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(zhǎng)鏈PFCAs的降解效果優(yōu)于短鏈。不同PFCAs的去除進(jìn)一步證實(shí)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(jī)碳
圖2. UV-Trp/CNT系統(tǒng)下，不同碳鏈長(zhǎng)度的PFCAs的去除效果
【用戶心聲】
郭洪光，四川大學(xué)研究員、博士生導(dǎo)師，
國(guó)家高層次青年人才，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃青年首席科學(xué)家。
現(xiàn)任住建部國(guó)家節(jié)水型城市評(píng)審專家、國(guó)際水協(xié)中國(guó)青年委員會(huì)委員、美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)ACS西南分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)等學(xué)術(shù)職務(wù)。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(shí)別與去除、減污降碳技術(shù)（如高級(jí)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(wù)等領(lǐng)域。主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等多項(xiàng)科研項(xiàng)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(xué)二等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)，并擔(dān)任《Collagen and Leather》《中國(guó)給水排水》等期刊青年編委。
郭洪光教授指出，PFASs作為近年來(lái)備受關(guān)注的新型持久性有機(jī)污染物，對(duì)人體健康構(gòu)成重大威脅，因此深入研究其高效降解機(jī)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(píng)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(jìn)得益于島津成都分析中心及應(yīng)用工程師的專業(yè)協(xié)助，期待未來(lái)能與島津開(kāi)展更深入的合作，共同推動(dòng)飲用水安全與污水處理領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化。
撰稿人：劉滔
【參考文獻(xiàn)】
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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