环保新材料攻克PFAS 科学家实现在水中快速捕获并分解污染物

PFAS 是自上世纪 40 年代以来广泛用于特氟龙不粘涂层、防水服装和食品包装等日常产品的人造化学物质，因具有耐热、防油、防水等优点而大量应用，但也正因为极难降解，被称为“永久化学品”。目前，PFAS 已经在全球的水体、土壤和空气中广泛检出，相关研究表明，暴露于这类物质与肝损伤、生殖问题、免疫系统紊乱以及某些癌症风险上升有关，使其治理成为环境领域的突出难题。

长期以来，主流的 PFAS 去除技术主要依赖吸附：利用活性炭或离子交换树脂等材料让 PFAS 黏附其上，再将吸附剂集中处理。然而，这些方法往往存在效率低、处理速度慢、容量有限，以及在后续处置过程中产生二次废物等问题。莱斯大学乔治·R·布朗工程与计算学院教授迈克尔·S·王指出，现有方法“太慢、效率太低，而且会产生额外废弃物”，难以支撑长期且大规模的治理需求。

本次研究的突破来自一种铜–铝层状双氢氧化物（LDH）材料，这一体系最早由韩国科学技术院（KAIST）的金建汉在 2021 年作为研究生期间发现。莱斯大学博士后研究员钟永坤在进一步实验中发现，其中一类含硝酸根的配方对 PFAS 表现出异常强的吸附性能。据他介绍，这种 LDH 对 PFAS 的捕获能力比其他材料高出 1000 倍以上，而且作用速度极快，在数分钟内即可去除大量 PFAS，比市售活性炭滤材快约 100 倍。

研究团队指出，这种材料之所以高效，关键在于其内部高度有序的铜–铝层状结构以及轻微的电荷不平衡，为 PFAS 分子的结合提供了“又快又牢”的理想微环境。在后续测试中，研究人员分别在河水、自来水和废水等真实水样中验证了其性能，无论是静态处理还是连续流动系统，这种 LDH 都表现出稳定而优异的去除效果，显示出在市政给水和工业废水治理中的工程应用潜力。

针对 PFAS 治理中的另一大难题——彻底销毁污染物，团队同样给出了新思路。钟永坤与莱斯大学佩德罗·阿尔瓦雷斯和詹姆斯·图尔合作，开发出一套热分解工艺：将吸附饱和的 LDH 与碳酸钙一起加热，可以在不释放有毒副产物的前提下分解并“矿化”超过一半已捕获的 PFAS。更重要的是，这一过程还能再生活性材料，使其得以重复使用。

初步研究表明，这种材料至少可以完成六个完整的“捕获–销毁–再生”循环，被研究团队视为目前首个实现 PFAS 去除与可持续循环利用一体化的环保系统。项目负责人王表示，这一独特的 LDH 技术有望在不远的将来改变 PFAS 污染水体的处理方式，而成果的取得离不开跨国合作以及年轻科研人员的创造力。

相关论文题为《一种可再生水处理平台，用于超快速捕获和矿化全氟和多氟烷基物质》，已于 2025 年 9 月 25 日发表于期刊《Advanced Materials》。该研究获得韩国国家研究基金会、沙特阿美–KAIST 二氧化碳管理计划、美国陆军工程兵团工程研究与发展中心、莱斯大学可持续发展研究所和 WaTER 研究所等多方资助。

编译自/ScitechDaily