简单的方法摧毁危险的“永久化学物质”，使水安全

在杂志上发表的一篇论文中科学加州大学洛杉矶分校的杰出研究教授和联合通讯作者Kendall Houk说，研究人员表明，在加热到176至248华氏度的水中，普通、廉价的溶剂和试剂切断了PFAS中的分子键，这是已知最强的分子之一，并引发了一种化学反应，“逐渐侵蚀分子”，直到它消失。

胡克补充说，这种简单的技术、相对较低的温度以及没有有害副产品意味着一次可以处理多少水是没有限制的。这项技术最终可能会使水处理厂更容易从饮用水中去除PFAS。

全氟烷基和多氟烷基物质(简称PFAS)是一类大约12,000种合成化学物质，自20世纪40年代以来一直用于不粘锅、防水化妆品、洗发水、电子产品、食品包装和无数其他产品。它们含有碳原子和氟原子之间的键，自然界中没有任何东西可以破坏这种键。

当这些化学物质通过制造业或日常产品的使用渗入到环境中时，它们就成为地球水循环的一部分。在过去的70年里，PFAS几乎污染了地球上的每一滴水，它们强大的碳氟键使它们能够完全无损地通过大多数水处理系统。随着时间的推移，它们可以在人和动物的组织中积累，并以科学家刚刚开始了解的方式造成危害。例如，某些癌症和甲状腺疾病与PFAS有关。

由于这些原因，寻找从水中去除PFAS的方法变得尤为紧迫。科学家们正在试验许多补救技术，但其中大多数都需要极高的温度、特殊的化学物质或紫外线，有时还会产生同样有害的副产品，需要额外的步骤才能去除。

带领PFAS走向断头台

西北大学化学教授威廉·迪克特尔和博士生布列塔尼·特朗注意到，虽然PFAS分子含有一长串顽固的碳氟键“尾巴”，但它们的“头”基团通常含有带电氧原子，这些氧原子与其他分子发生强烈反应。Dichtel的团队通过在水中用二甲基亚砜(也称为DMSO)和氢氧化钠(或碱液)加热PFAS，建造了一个化学断头台，切断了头部，留下了暴露的反应性尾部。

Dichtel说:“这引发了所有这些反应，它开始从这些化合物中喷出氟原子，形成氟，这是氟最安全的形式。”“尽管碳氟键非常强，但这个带电的头部基团是致命的弱点。”

但实验还揭示了另一个令人惊讶的事实:分子似乎并没有像传统智慧所认为的那样分崩离析。

为了解开这个谜团，Dichtel和Trang与合作者Houk和天津大学的学生Yuli Li分享了他们的数据，后者在疫情期间远离中国，在Houk的团队中工作。研究人员原本预计PFAS分子会一次分解一个碳原子，但Li和Houk进行了计算机模拟，结果显示两到三个碳分子同时从分子中剥离，就像Dichtel和Tang在实验中观察到的那样。

模拟还显示，唯一的副产品应该是氟化物(通常添加到饮用水中以防止蛀牙)、二氧化碳和无害的甲酸。Dichtel和Trang在进一步的实验中证实了这些预测的副产品。

“这被证明是一组非常复杂的计算，挑战了我们现有的最现代的量子力学方法和最快的计算机，”Houk说。“量子力学是一种模拟所有化学的数学方法，但直到最近十年，我们才能够研究这样的大型力学问题，评估所有的可能性，并确定哪一种可能以观察到的速率发生。”

Houk说，Li已经掌握了这些计算方法，他与Trang进行了远距离合作，解决了这个基本但具有实际意义的问题。

目前的工作降解了10种全氟烷基羧酸(pfca)和全氟烷基醚羧酸(PFECAs)，包括全氟辛酸。研究人员认为，他们的方法将适用于大多数含有羧酸的PFAS，并希望它能帮助识别其他类别PFAS的弱点。他们希望这些令人鼓舞的结果将导致进一步的研究，以测试根除数千种其他类型PFAS的方法。

这项名为“全氟羧酸的低温矿化”的研究得到了美国国家科学基金会的支持。