成功在室温下将PFAS分解为PTFE -开发利用金属钠分散体的氟资源回收技术-

V体育/神奈川大学

演示要点

〇 使用金属钠分散体在常温常压下成功分解含氟聚合物“PTFE”
〇在常温常压下成功分解各种PFAS，包括POPs公约所涵盖的物质PFOA
〇分解产物为氟化钠，可作为氟资源用于生产氟化合物

摘要

V体育荒木靖二先生（研究时：工学系生命科学与应用化学专业二年级学生）、太田响先生（工学系生命科学与材料化学专业二年级学生）和村田雄介先生（纳米医学科学联合系） 研究小组包括副教授 Yuji Sumii（生命与应用化学系）应用化学）、柴田哲雄教授（生命与应用化学系）、神奈川大学的Hisao Hori教授、Hiroshi Hamaura先生（研究时为科学研究生院博士生3年生）以及巴伦西亚大学的Jorge。含氟聚合物^（*1）PFAS（全氟烷基和多氟烷基物质），例如 PTFE（聚四氟乙烯）和 PFOA（全氟辛酸）^（*2）在室温和压力下使用金属钠分散体和氟化钠（NaF）在温和条件下分解^（*3）

传统上，PTFE、PFOA等的分解需要在高温下焚烧，这会消耗大量能源，并被认为会对环境产生影响，例如产生有毒气体。该研究小组的技术成功地显着减少了这些问题。这一成果是实现氟化工行业与环境保护之间平衡的重要一步，有望引发国际社会为氟资源可持续利用做出贡献。

该研究成果发表在国际学术期刊《''。

研究背景

以PTFE为代表的含氟聚合物具有优异的耐化学性、低摩擦性和耐热性，广泛应用于煎锅涂层、汽车零部件、半导体和光纤绝缘等领域。然而，它们的高耐用性在处理时会带来严重的问题。高温焚烧需要大量能源，产生腐蚀性氟化氢气体，并且在垃圾填埋场中仍未分解，引发人们对其对全球环境负面影响的担忧。

最近，分解含氟聚合物并回收氟的方法引起了人们的关注。迄今为止，已经报道了500℃以上的高温法和使用金属还原剂的方法，但它们都存在氟回收的效率、安全性和实用性问题。

考虑到这一背景，在本研究中，我们成功地使用廉价且易于处理的钠金属分散体在室温和常压下分解 PTFE 并回收氟（图 1）。这种在简单温和的条件下转化为氟化钠的新分解技术不仅可以应用于PTFE，还可以应用于PFOA等各种PFAS，众所周知，PFOA会长期残留在环境中，有助于氟资源回收利用并减少对环境的影响。

研究内容

金属钠分散体是一种灰色液体，其中金属钠的细颗粒分散在矿物油中。除了保留金属钠的反应性外，它还具有以下优点：（1）操作方便，可以用注射器称量；（2）可以在空气中操作，安全性高；（3）可以与有机溶剂形成均质体系。在本研究中，我们重点关注这一特性，首先对PTFE的分解和脱氟进行了研究（图2）。

实验结果表明，最有效的条件是在THF溶剂中使用两倍于PTFE中氟量的金属钠分散液，并且氟化钠的产率高达97%。通过拉曼光谱、红外光谱（IR）、扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDS）等分析评估了由该脱氟反应形成的黑色粉末（黑色残留物）的结构和物理性质。^（*4）具有结构的不饱和碳骨架^（*5)

我们还发现该方法可应用于全氟壬酸（PFNA）、全氟辛酸（PFOA）、全氟丁磺酸（PFBS）和三氟乙酸（TFA）等各种PFAS的分解和脱氟（图3）。

社会意义与未来前景

本研究开发的分解/脱氟方法在室温温和条件下使用钠分散体，其主要特点是能够高效地从PTFE和各种PFAS中以氟化钠的形式回收高达98%的氟。用过的PFAS和回收的PFAS通常通过等离子体处理或高温燃烧来分解。新开发的技术提出了一种实用且环保的方法，可以显着减少焚烧过程中的能源消耗以及分解过程中有毒气体的产生。此外，回收的氟化钠作为一项技术，有望引起人们的关注，该技术打开了国内氟资源再利用的大门，并减少了对萤石等进口原材料的依赖。

这项研究基于日本科学技术振兴机构 (JST) 战略创意研究促进项目。 CREST研究领域“用于分解、降解和稳定的精密材料科学”（研究导师：高原淳（九州大学））的研究项目“氟材料的精密分解，以实现氟循环社会”（研究代表：柴田哲夫）（课题编号JPMJCR21L1）是在东曹精细化学株式会社的支持下进行的。

论文信息

论文标题：通过钠分散体进行 PTFE 和 PFAS 的室温脱氟
作者姓名：Taichi Araki#、Hibiki Ota#、Yusuke Murata、Yuji Sumii、Jin Hamaura、Hiroaki Adachi、Takumi Kakawa、Hisao Hori、Jorge Escorihuela、Norio Shibata*
#共同第一作者，*通讯作者
发表在《自然通讯》上
发布日期：2025 年 7 月 15 日
DOI：101038/s41467-025-61819-6
网址：

术语表

(*1) 含氟聚合物
分子结构中含有氟原子的聚合物树脂，具有非粘着性、低摩擦性、耐化学性、耐热性、电绝缘性、耐候性等优异性能。化学结构的差异提供了独特的高功能性。

(*2)PFAS
全氟烷基化合物和多氟烷基化合物的总称。尽管PFAS的定义没有统一的国际标准，但根据经济合作与发展组织（OECD）的说法，“至少有一个CF₃或 CF₂基团的氟化合物”被认为属于PFAS。基于这个定义，除了传统的长链PFAS（例如PFOS（全氟辛烷磺酸）、PFOA（全氟辛酸））之外，还有三氟乙酸（TFA、CF₃COOH) 也包含在 PFAS 中。 PTFE 也是一种全氟化聚合物，被归类为 PFAS，但应将其作为“聚合物型 PFAS”单独讨论。

(＊3)氟化钠
氟化钠是一种氟化钠，化学式为NaF。它有多种用途，包括作为氟离子和用于氟化物的生产。

(＊4) 非晶态
不具有规则结构的物质状态，例如晶体。

(*5)不饱和碳骨架
碳原子之间含有双键或三键的有机化合物的结构。

联系信息

研究相关事宜

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