新技术以破纪录的速度和效率清除“永久性化学物质”

该项目由莱斯大学乔治·R·布朗工程与计算学院教授迈克尔·S·王指导的博士后郑永坤（Youngkun Chung）牵头，韩国科学技术院（KAIST）的姜石泰（Seoktae Kang）教授和韩国釜庆国立大学的金建涵（Keon-Ham Kim）教授也参与其中。

### 什么是PFAS及其危害
PFAS是全氟和多氟烷基物质的简称，是20世纪40年代出现的人造化学品。它们被广泛用于特氟龙锅、防水服装和部分食品包装等日常用品中。PFAS因耐热、抗油、防水的特性而普及，但这种持久性也意味着它们极难分解，因此常被称为“永久化学品”。
目前PFAS已在全球范围内扩散，存在于水、土壤和空气中。研究表明，接触PFAS可能导致肝损伤、生殖障碍、免疫系统紊乱和某些癌症。由于PFAS进入环境后难以去除和销毁，清理工作一直面临巨大挑战。

### 现有PFAS去除方法的不足
许多常规方法依赖吸附原理，即让PFAS附着在活性炭或离子交换树脂等材料上。这些方法虽常见，但存在效率低、操作慢、容量有限以及产生需进一步处理的二次污染废物等严重局限。
“现有PFAS去除方法太慢、效率低，还会产生二次废物，”迈克尔·S·王（他同时担任蒂娜和苏尼特·帕特尔分子纳米技术教授，以及化学与生物分子工程、化学、土木与环境工程教授）表示，“我们的新方法提供了一种可持续且高效的替代方案。”

### 快速起效的突破性LDH材料
新方法的核心是一种由铜和铝制成的层状双氢氧化物（LDH）材料。2021年，金建涵在KAIST读研究生时首次发现了这类材料。团队进一步研究时，郑永坤发现其中含硝酸盐的特定版本对PFAS的吸附性能异常突出。
“令我惊讶的是，这种LDH化合物对PFAS的捕获能力是其他材料的1000多倍，”该研究的主要作者、现任莱斯大学WaTER（水技术、创业与研究）研究所和可持续发展研究所研究员的郑永坤说，“它的速度也快得惊人，几分钟内就能去除大量PFAS，比商用碳过滤器快约100倍。”
研究人员指出，优异性能源于材料的内部结构：有序的铜铝层以及微小的电荷不平衡，形成了PFAS分子可快速、牢固附着的理想表面。

### 在多种水源中测试效果显著
为验证该系统的实际应用能力，团队在河水、自来水和废水中测试了LDH材料。结果显示，在这三种水源中，该材料均保持高效性；且在静态测试和连续流装置中表现良好，有望应用于市政水处理系统和工业清理。

### 实现PFAS销毁与材料复用的闭环
捕获PFAS只是第一步，还需安全销毁。郑永坤与莱斯大学的佩德罗·阿尔瓦雷斯和詹姆斯·图尔教授合作，开发了PFAS在LDH材料上捕获后的热分解工艺。将负载PFAS的材料与碳酸钙一起加热，可去除超过一半的捕获PFAS，且不释放有毒副产品，同时LDH材料得以再生并重复使用。
早期测试表明，该材料至少能完成六次“捕获-销毁-再生”循环。这使其成为首个将快速清理与重复使用相结合的环保可持续PFAS去除系统。

### 国际合作与研究支持
“我们对这种独特的LDH技术有望在不久的将来改变PFAS污染水源处理方式感到兴奋，”王教授说，“这是非凡国际合作与年轻研究人员创造力的成果。”
该研究得到韩国国家研究基金会（由教育部资助）、韩国国家科学挑战融合研究项目、世宗科学奖学金（由韩国科学技术信息通信部资助）、沙特阿美-KAIST二氧化碳管理项目、美国纳米技术水处理工程研究中心（NEWT）、美国陆军工程兵团工程研发中心、莱斯大学可持续发展研究所和WaTER研究所等机构的资金支持。