研究發(fā)現(xiàn)新復(fù)合光催化劑能分解難降解污染物

據(jù)最新一期《化學(xué)工程雜志》報(bào)道，美國(guó)萊斯大學(xué)的化學(xué)工程師改進(jìn)了他們對(duì)光動(dòng)力催化劑的設(shè)計(jì)，該催化劑可快速分解全氟辛酸，全氟辛酸被認(rèn)為是世界上最有問(wèn)題的“永久化學(xué)污染物”之一。

研究團(tuán)隊(duì)在2020年發(fā)現(xiàn)，常用于化妝品的氮化硼粉末暴露在波長(zhǎng)254納米的紫外線(xiàn)下時(shí)，可在短短幾個(gè)小時(shí)內(nèi)破壞水樣中99%的全氟辛酸。研究論文通訊作者、萊斯大學(xué)化學(xué)和生物分子工程系主任黃思能認(rèn)為，這并不理想，因?yàn)榈鸨欢滩ㄗ贤饩€(xiàn)激活，大氣幾乎過(guò)濾掉了陽(yáng)光中的所有短波紫外線(xiàn)。其團(tuán)隊(duì)想盡可能多地提高氮化硼從其他波長(zhǎng)的陽(yáng)光中獲取能量的能力。

長(zhǎng)波紫外線(xiàn)波長(zhǎng)范圍約為315～400納米，它在到達(dá)地球的陽(yáng)光中十分充足，這是導(dǎo)致皮膚曬黑和曬傷的原因。氮化硼是一種半導(dǎo)體，它不會(huì)被長(zhǎng)波紫外線(xiàn)激活。二氧化鈦則是防曬霜中的一種常見(jiàn)成分，是一種可被長(zhǎng)波紫外線(xiàn)激活的半導(dǎo)體。有研究證明，盡管速度非常慢，但二氧化鈦在暴露于長(zhǎng)波紫外線(xiàn)時(shí)會(huì)催化全氟辛酸的分解。

研究團(tuán)隊(duì)決定創(chuàng)造一種由氮化硼和二氧化鈦組成的復(fù)合材料，結(jié)合其各自作為催化劑的最佳特性。新研究表明，長(zhǎng)波紫外線(xiàn)驅(qū)動(dòng)的復(fù)合材料破壞全氟辛酸的速度大約是普通二氧化鈦光催化劑的15倍。

圖中顯示了一種包含氮化硼片（藍(lán)色和銀色球晶格）和二氧化鈦納米顆粒（灰色球體）的復(fù)合材料如何利用陽(yáng)光中的長(zhǎng)波紫外線(xiàn)能量光催化全氟辛酸分解為二氧化碳、氟和礦物質(zhì)。

通過(guò)分析光電流響應(yīng)測(cè)量和其他數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)了解到其半導(dǎo)體復(fù)合材料是如何獲取長(zhǎng)波紫外線(xiàn)能量來(lái)分解水中的全氟辛酸分子的。在自然陽(yáng)光下使用塑料水瓶進(jìn)行的戶(hù)外實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)，這種氮化硼—二氧化鈦復(fù)合材料可在不到3小時(shí)內(nèi)降解去離子水中約99%的全氟辛酸。在咸水中，這個(gè)過(guò)程需要大約9小時(shí)。

全氟辛酸是最流行的全氟烷基和多氟烷基物質(zhì)之一，是20世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的化合物，用于制造防水服裝、食品包裝和產(chǎn)品涂料。全氟辛酸被稱(chēng)為永久化學(xué)品，因?yàn)樗鼈儾蝗菀捉到猓鶗?huì)在環(huán)境中殘留。越來(lái)越多的證據(jù)表明，全氟辛酸對(duì)人類(lèi)健康有害。

黃思能表示，制定全氟辛酸標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)管壓力越來(lái)越大，這促使水處理廠尋找新的、低成本的方法來(lái)去除水中的全氟辛酸。目前，他的團(tuán)隊(duì)正在評(píng)估新復(fù)合光催化劑對(duì)分解其他全氟辛酸的效果。