东京科学大学物质理工学院副教授矶部敏宏和环境与社会理工学院副教授藤井学等人的研究团队开发出了一种可将PFAS（全氟和多氟烷基物质）去除到环境标准以下的系统。
图1现有系统和今后计划开发的系统。
在本次实验中（左），采用了依赖电力的液体加热装置和真空装置，以进行加速实验和估算能效。今后计划扩展至不使用电力的系统（右）。无论哪种系统，PFAS都无法透过分离膜，受PFAS污染的水会被浓缩出来（供图：东京科学大学）。
PFAS被广泛用于表面活性剂、半导体抗反射剂、防水剂、聚合物加工助剂等，然而，由于其在自然环境中不易降解、持久性强，同时可能对人类健康和生态系统造成影响，各国正逐步加强对其生产和使用的监管。在日本，环境省和国土交通省的调查报告显示，日本全国16个都府县的河流和地下水等111个采样点的PFAS（PFOS和PFOA）浓度超过了暂定目标值，其中74个采样点的地下水中PFAS浓度超标。
目前，为了去除PFAS，研究多集中于活性炭吸附技术。但有报告指出，吸附处理后的活性炭在存储时会渗入环境中，造成二次污染。另一方面，研究团队也考虑过采用反渗透膜（RO膜）等膜分离技术进行去除，但其运行成本较高。
此次，研究团队将目光投向了膜蒸馏法。膜蒸馏法是一种利用水和分离目标物间沸点差的水处理技术，该方法通过加热污染水，使水蒸气透过膜，而污染物和固体颗粒则被阻挡。与传统蒸馏净水法相比，该技术可在更低的温度下运行，与反渗透膜分离法相比，可在更低的能耗下实现相当的净水能力。然而，迄今为止针对PFAS的膜蒸馏研究甚少，且尚未开发出专用于PFAS去除的分离膜。
为此，研究团队着眼于开发具有较高耐热性和耐盐破坏性、由碳制成的适用于膜蒸馏的分离膜（碳膜）。这种碳膜孔径约为0.1微米，水接触角约为117度，兼具多孔性、疏水性，具有较高的耐热性，是一种适用于膜蒸馏实验的分离膜。实验中，研究团队将模拟污染水（PFOS浓度约为500纳克/升）与制备好的碳膜接触并加热至约80度。结果证实，蒸发的水透过了碳膜。用液相色谱-质谱法检测时，通过的液体纯度低于检测限（约3纳克/升）。该数值低于水质管理目标值（50纳克/升）和美国环境标准（4纳克/升）。此外，研究还发现，该碳膜的孔径可根据制备条件进行调控，且孔径大小与单位时间的水处理量呈正相关。此次实验使用葡萄糖作为碳膜原料，研究表明，即便使用市售食糖也能制备出类似的碳膜。
未来，研究团队计划进一步验证该系统在实际土壤污染水净化中的应用，并探索提升单位时间水处理量的技术。目前的系统仍依赖电加热装置来加热污染水，并使用真空泵促进水蒸发。今后的目标是利用太阳能加热，逐步实现无电力驱动的全自循环净化系统。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
