立命馆大学成功开发PFAS分解技术
立命馆大学生命科学部小林洋一教授与该校大学院生命科学研究科博士前期课程学生金尾周平等人组成的研究团队，从环境污染与健...
立命馆大学生命科学部小林洋一教授与该校大学院生命科学研究科博士前期课程学生金尾周平等人组成的研究团队，从环境污染与健康风险防控的角度出发，在国际上首次成功实现了对“永恒化学物质”——全氟烷基化合物（PFAS）※1的高效分解与无害化处理。该研究特别针对国际法规管控对象全氟辛酸（PFOA）※2以及极难降解的全氟辛烷磺酸（PFOS）※3，开发出一种绿色、低成本的分解技术。
研究团队采用低毒性、廉价且易于大规模合成的氧化锌（ZnO）半导体纳米晶※4作为光催化剂，结合市售近紫外LED光源，在常温常压的温和条件下，成功将PFAS彻底分解为氟离子。这些氟离子可进一步作为原料，以氟化钙（CaF₂）形式回收再利用，实现氟资源的循环利用。该技术不仅为PFAS污染治理提供了新路径，也开创了环境净化与资源回收一体化的可持续解决方案。相关成果已于2025年11月5日18时（日本时间）在线发表于英国皇家化学会旗舰期刊《Chemical Science》。
研究亮点：
采用低毒、廉价的ZnO纳米晶作为光催化剂，仅依靠近紫外LED光照，在室温、常压条件下成功将极难降解的PFOS分解为可回收的氟离子。
发现纳米晶表面修饰的有机分子对分解效率具有关键影响，其中经醋酸离子修饰的ZnO纳米晶性能最优，可在10小时内将PFOS残留率降至0.5%。
纳米晶催化剂易于分离回收，每颗粒可切断高达8,250个碳–氟键（C–F键），催化剂转换频率（TON）※5显著高于传统体系，展现出优异的循环稳定性。
研究概述：
全氟烷基化合物（PFAS）是一类氢原子被氟大量取代的有机化合物，具有优异的耐热性、耐化学品性和表面活性，广泛应用于半导体、防水防油剂及消防泡沫等领域。然而，其结构中强健的C–F键使其在自然环境中极难分解，导致持久性污染与生物累积风险。现有分解技术多依赖高温（>800℃）、强氧化剂或深紫外辐照等苛刻条件，能耗高、设备复杂，限制了其实际应用。
本研究聚焦于最难降解的PFOS，发现以醋酸修饰的ZnO纳米晶为光催化剂，在近紫外LED（365 nm）照射下，可在常温常压条件下高效将其分解为氟离子。10小时光照后，PFOS残留率仅为0.5%；24小时内，92%的C–F键被切断，仅生成少量小分子PFAS中间体。催化剂性能方面，每颗粒ZnO纳米晶的TON值高达8,250，远超传统光催化系统（通常为几十至数千），展现出卓越的催化效率与循环稳定性。
ZnO本身低毒、成本低，已广泛应用于化妆品与防晒产品中，具备良好的工业应用基础。分解产生的氟离子可通过与钙离子结合，转化为萤石（CaF₂）回收，有望实现氟资源的闭环循环。因此，该技术不仅提供了一种节能、可持续的PFAS处理新策略，也推动了污染物治理向“净化—回收”一体化方向的转型。
研究背景：
PFAS因C–F键能极高，在环境中几乎不被降解，被称为“永恒的化学物质”，目前全球范围内正加强其生产与排放管控。传统处理技术如高温焚烧、高级氧化工艺等，存在能耗大、条件苛刻、易产生二次污染等问题。研究团队此前曾利用硫化镉（CdS）纳米晶实现可见光驱动的PFAS分解，但CdS所含的镉元素具有生物毒性，限制了其实际应用。
为此，团队转向开发低毒、廉价的ZnO纳米晶，探索其在近紫外光照射下对PFAS的分解性能，旨在建立一种更安全、可持续且易于推广的污染治理新技术。
研究内容：
实验以PFOS为目标污染物，在含PFOS水溶液中加入醋酸修饰的ZnO纳米晶与空穴捕获剂三乙醇胺，形成悬浮体系，随后以365 nm近紫外LED光照射。结果显示，在常温常压下，PFOS被高效分解为氟离子，表面修饰显著提升了ZnO的光催化活性。10小时反应后，PFOS残留率降至0.5%，24小时内C–F键断裂率达92%，氟离子收率高，中间产物少。
该催化剂对PFOA同样表现出良好的分解效果，说明其具备处理多种PFAS的潜力。ZnO材料本身环境友好、易于规模化制备，配合常见的近紫外LED光源，使得该技术具备良好的工程放大前景。反应后氟离子可转化为氟化钙回收，进一步提升了技术的资源循环属性。
图示说明：近紫外LED激发ZnO纳米晶光催化还原分解PFAS的反应机制示意图
社会意义：
PFAS造成的全球污染问题日益严峻，尽管各国不断强化法规限制，但高效、低成本的降解技术仍十分稀缺。本研究开发的ZnO纳米晶—近紫外LED光催化系统，在常温常压下运行，无需高温、强氧化剂或深紫外光源，具有能耗低、操作简单、环境友好等优势，具备直接应用于实际的潜力。
该技术可广泛用于污水处理厂、工业废水处理、含PFAS滤材再生等场景，不仅实现了污染物的高效去除，更将有害的氟元素转化为有价值的氟化钙资源，真正实现了“从污染到资源”的循环理念。未来，该体系有望发展成为下一代可持续环境修复技术的代表，为构建资源循环型社会提供关键技术支撑。
研究团队采用低毒性、廉价且易于大规模合成的氧化锌（ZnO）半导体纳米晶※4作为光催化剂，结合市售近紫外LED光源，在常温常压的温和条件下，成功将PFAS彻底分解为氟离子。这些氟离子可进一步作为原料，以氟化钙（CaF₂）形式回收再利用，实现氟资源的循环利用。该技术不仅为PFAS污染治理提供了新路径，也开创了环境净化与资源回收一体化的可持续解决方案。相关成果已于2025年11月5日18时（日本时间）在线发表于英国皇家化学会旗舰期刊《Chemical Science》。
研究亮点：
采用低毒、廉价的ZnO纳米晶作为光催化剂，仅依靠近紫外LED光照，在室温、常压条件下成功将极难降解的PFOS分解为可回收的氟离子。
发现纳米晶表面修饰的有机分子对分解效率具有关键影响，其中经醋酸离子修饰的ZnO纳米晶性能最优，可在10小时内将PFOS残留率降至0.5%。
纳米晶催化剂易于分离回收，每颗粒可切断高达8,250个碳–氟键（C–F键），催化剂转换频率（TON）※5显著高于传统体系，展现出优异的循环稳定性。
研究概述：
全氟烷基化合物（PFAS）是一类氢原子被氟大量取代的有机化合物，具有优异的耐热性、耐化学品性和表面活性，广泛应用于半导体、防水防油剂及消防泡沫等领域。然而，其结构中强健的C–F键使其在自然环境中极难分解，导致持久性污染与生物累积风险。现有分解技术多依赖高温（>800℃）、强氧化剂或深紫外辐照等苛刻条件，能耗高、设备复杂，限制了其实际应用。
本研究聚焦于最难降解的PFOS，发现以醋酸修饰的ZnO纳米晶为光催化剂，在近紫外LED（365 nm）照射下，可在常温常压条件下高效将其分解为氟离子。10小时光照后，PFOS残留率仅为0.5%；24小时内，92%的C–F键被切断，仅生成少量小分子PFAS中间体。催化剂性能方面，每颗粒ZnO纳米晶的TON值高达8,250，远超传统光催化系统（通常为几十至数千），展现出卓越的催化效率与循环稳定性。
ZnO本身低毒、成本低，已广泛应用于化妆品与防晒产品中，具备良好的工业应用基础。分解产生的氟离子可通过与钙离子结合，转化为萤石（CaF₂）回收，有望实现氟资源的闭环循环。因此，该技术不仅提供了一种节能、可持续的PFAS处理新策略，也推动了污染物治理向“净化—回收”一体化方向的转型。
研究背景：
PFAS因C–F键能极高，在环境中几乎不被降解，被称为“永恒的化学物质”，目前全球范围内正加强其生产与排放管控。传统处理技术如高温焚烧、高级氧化工艺等，存在能耗大、条件苛刻、易产生二次污染等问题。研究团队此前曾利用硫化镉（CdS）纳米晶实现可见光驱动的PFAS分解，但CdS所含的镉元素具有生物毒性，限制了其实际应用。
为此，团队转向开发低毒、廉价的ZnO纳米晶，探索其在近紫外光照射下对PFAS的分解性能，旨在建立一种更安全、可持续且易于推广的污染治理新技术。
研究内容：
实验以PFOS为目标污染物，在含PFOS水溶液中加入醋酸修饰的ZnO纳米晶与空穴捕获剂三乙醇胺，形成悬浮体系，随后以365 nm近紫外LED光照射。结果显示，在常温常压下，PFOS被高效分解为氟离子，表面修饰显著提升了ZnO的光催化活性。10小时反应后，PFOS残留率降至0.5%，24小时内C–F键断裂率达92%，氟离子收率高，中间产物少。
该催化剂对PFOA同样表现出良好的分解效果，说明其具备处理多种PFAS的潜力。ZnO材料本身环境友好、易于规模化制备，配合常见的近紫外LED光源，使得该技术具备良好的工程放大前景。反应后氟离子可转化为氟化钙回收，进一步提升了技术的资源循环属性。
图示说明：近紫外LED激发ZnO纳米晶光催化还原分解PFAS的反应机制示意图
社会意义：
PFAS造成的全球污染问题日益严峻，尽管各国不断强化法规限制，但高效、低成本的降解技术仍十分稀缺。本研究开发的ZnO纳米晶—近紫外LED光催化系统，在常温常压下运行，无需高温、强氧化剂或深紫外光源，具有能耗低、操作简单、环境友好等优势，具备直接应用于实际的潜力。
该技术可广泛用于污水处理厂、工业废水处理、含PFAS滤材再生等场景，不仅实现了污染物的高效去除，更将有害的氟元素转化为有价值的氟化钙资源，真正实现了“从污染到资源”的循环理念。未来，该体系有望发展成为下一代可持续环境修复技术的代表，为构建资源循环型社会提供关键技术支撑。
