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全氟和多氟烷基物质 (PFAS) 因其对大多数生物和化学降解机制的抵抗力而被称为“永久化学品”。大多数当前方法使用非常苛刻的条件来分解这些化合物。
2022年8月18日，美国西北大学William R. Dichtel、加利福尼亚大学洛杉矶分校K. N. Houk院士及中国科学院上海有机化学研究所薛小松等多团队合作（西北大学Brittany Trang和天津大学Li Yuli是共同第一作者）在Science在线发表题为“Low-temperature mineralization of perfluorocarboxylic acids”的研究论文，该研究发现全氟烷基羧酸 (PFCA) 可以通过氢氧化钠介导的脱氟途径进行矿化。
PFCA 在极性非质子溶剂中脱羧产生反应性全氟烷基离子中间体，该中间体在 24 小时内降解为氟离子（78% 至 ~100%）。最初的脱羧步骤是速率限制的，随后的脱氟和链缩短步骤通过一系列低阻隔步骤发生。含碳中间体和产物与经常提出的单碳链缩短机制不一致。该研究还观察到支链全氟烷基醚羧酸的降解，并可能扩展到降解其他 PFAS 类别，因为确定了激活其极性头基的方法。
全氟和多氟烷基物质 (PFAS) 是含有多个 C-F 键的人为物质。PFAS 在许多工业过程和产品中用作全疏表面活性剂，包括聚（四氟乙烯）生产；作为织物和食品服务容器的防水、防油和防污屏障；并作为用于灭火的水成膜泡沫的组分。由于其在全球范围内的广泛使用、环境持久性和生物累积性，PFAS 污染无处不在，并影响着世界各地的饮用水、地表水、牲畜和农产品。这种持续的环境污染令人担忧，因为即使长期接触低水平的这些化合物也会对健康产生负面影响，例如甲状腺疾病、肝损伤、高胆固醇、免疫反应降低、出生体重低和几种癌症。
几十年来，PFAS 制造商一直掩盖其中的许多影响。越来越多的关注从饮用水供应中去除十亿分之一到万亿分之一的 PFAS 污染，产生了几种去除 PFAS 的方法，包括成熟的吸附剂，如活性炭和离子交换树脂，以及新兴材料例如交联聚合物。吸附剂或基于膜的分离过程会产生受 PFAS 污染的固体或液体废物流，但没有解决如何降解这些持久性污染物的问题。
本研究中确定的降解途径概述（图源自Science ）
PFAS 的破坏是一项艰巨的任务，因为使 PFAS 具有理想特性的强 C-F 键也使这些化合物能够抵抗报废时的降解。苛刻的 PFAS 降解方法包括焚烧、超声波处理、基于等离子体的氧化、电化学降解、超临界水氧化、使用亚硫酸盐或铁等添加剂的紫外线引发的降解，以及化学和能量输入的其他组合。然而，利用全氟烷基物质的反应性可能会提供更温和的替代方案来解决 PFAS 污染问题。
最近开发了使用 PFAS 吸附剂在非水溶剂中降解高浓度 PFAS 的机会，该吸附剂可以使用简单的溶剂洗涤进行再生。这一发展能够在这些化合物从水资源中去除后对其进行破坏，从而拓宽了稀释水环境之外的合适降解条件。在这里，该研究通过在偶极非质子溶剂中的低温下对最大类别的 PFAS 化合物之一全氟羧酸 (PFCA) 进行脱羧来获得在温和条件下矿化的反应性全氟烷基阴离子。
该研究发现全氟烷基羧酸 (PFCA) 可以通过氢氧化钠介导的脱氟途径进行矿化。 PFCA 在极性非质子溶剂中脱羧产生反应性全氟烷基离子中间体，该中间体在 24 小时内降解为氟离子（78% 至 ~100%）。最初的脱羧步骤是速率限制的，随后的脱氟和链缩短步骤通过一系列低阻隔步骤发生。含碳中间体和产物与经常提出的单碳链缩短机制不一致。该研究还观察到支链全氟烷基醚羧酸的降解，并可能扩展到降解其他 PFAS 类别，因为确定了激活其极性头基的方法。
参考消息：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm8868
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