東京科學大學物質理工學院副教授磯部敏宏和環境與社會理工學院副教授藤井學等人的研究團隊開發出了一種可將PFAS（全氟和多氟烷基物質）去除到環境標準以下的系統。
圖1現有系統和今後計劃開發的系統。
在本次實驗中（左），採用了依賴電力的液體加熱裝置和真空裝置，以進行加速實驗和估算能效。今後計劃擴展至不使用電力的系統（右）。無論哪種系統，PFAS都無法透過分離膜，受PFAS污染的水會被濃縮出來（供圖：東京科學大學）。
PFAS被廣泛用於界面活性劑、半導體抗反射劑、防水劑、聚合體加工助劑等，然而，由於其在自然環境中不易降解、持久性強，同時可能對人類健康和生態系統造成影響，各國正逐步加強對其生產和使用的監管。在日本，環境省和國土交通省的調查報告顯示，日本全國16個都府縣的河流和地下水等111個採樣點的PFAS（PFOS和PFOA）濃度超過了暫定目標值，其中74個採樣點的地下水中PFAS濃度超標。
目前，為了去除PFAS，研究多集中於活性碳吸附技術。但有報告指出，吸附處理後的活性碳在存儲時會穿透環境中，造成二次污染。另一方面，研究團隊也考慮過採用逆滲透膜（RO膜）等膜分離技術進行去除，但其運行成本較高。
此次，研究團隊將目光投向了膜蒸餾法。膜蒸餾法是一種利用水和分離目標物間沸點差的水處理技術，該方法通過加熱污染水，使蒸汽透過膜，而污染體和固體顆粒則被阻擋。與傳統蒸餾淨水法相比，該技術可在更低的溫度下運行，與逆滲透膜分離法相比，可在更低的能耗下實現相當的淨水力力。然而，迄今為止針對PFAS的膜蒸餾研究甚少，且尚未開發出專用於PFAS去除的分離膜。
為此，研究團隊著眼於開發具有較高耐熱性和耐鹽破壞性、由碳製成的適用於膜蒸餾的分離膜（碳膜）。這種碳膜孔徑約為0.1微米，水接觸角約為117度，兼具多孔性、疏水性，具有較高的耐熱性，是一種適用於膜蒸餾實驗的分離膜。實驗中，研究團隊將模擬污染水（PFOS濃度約為500納克/升）與製備好的碳膜接觸並加熱至約80度。結果證實，蒸發的水透過了碳膜。用液相層析圖-質譜法檢測時，通過的液體純度低於檢測限（約3納克/升）。該數值低於水質管理目標值（50納克/升）和美國環境標準（4納克/升）。此外，研究還發現，該碳膜的孔徑可根據製備條件進行調控，且孔徑大小與單位時間的水處理量呈正相關。此次實驗使用葡萄糖作為碳膜原料，研究表明，即便使用市售食糖也能製備出類似的碳膜。
未來，研究團隊計劃進一步驗證該系統在實際土壤污染水淨化中的應用，並探索提升單位時間水處理量的技術。目前的系統仍依賴電熱裝置來加熱污染水，並使用真空泵促進水蒸發。今後的目標是利用太陽能加熱，逐步實現無電力驅動的全自循環淨化系統。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
