以UV/亞硫酸鹽光催化還原全氟丁烷磺酸之研究

Abstract

"全氟化物為良好的介面活性劑，具有熱穩定性和化學穩定性之化學特性，並常被用於工業產品中，許多文獻證實長碳鏈全氟化物全氟辛酸 (Perfluorooctanoic acid, PFOA) 與全氟辛烷磺酸 (Perfluorooctanesulfonic acid, PFOS)對環境與人體具有危害性，已被許多國家限制使用，故轉而使用短碳鏈全氟丁烷磺酸(Perfluorobutanesulfonic Acid, PFBS)，作為長碳鏈全氟化物的替代化學品，現今許多環境水體中已測出PFBS，因此開發有效的PFBS處理方法勢在必行。 本研究利用UV/亞硫酸鹽系統光催化誘發水合電子，以還原降解PFBS，並探討不同實驗參數對UV/亞硫酸鹽系統降解PFBS之影響。由結果顯示，濃度20.0 mg/L PFBS溶液之最佳降解參數為亞硫酸鹽濃度0.02M，初始pH值為11，系統溫度45℃，攪拌速率300rpm，於系統反應360分鐘後，可達到去除率79.2 %、脫氟率58.3 %，且生成短鏈全氟羧酸和氟離子，而PFBS去除之反應速率常數為0.33 hr-1，脫氟之反應速率常數為0.21 hr-1。PFBS處理效能與初始pH值和反應溫度呈正相關，曝氮氣呈負相關，而系統中亞硫酸鹽濃度過高，會抑制PFBS之處理效能。由中間產物分析結果表明，水合電子還原降解PFBS主要有三種降解途徑分別為脫磺酸反應、H/F交換反應以及C–C的斷鍵反應。 本研究以最佳參數降解PFOA與PFOS，利用反應動力學比較PFBS、PFOA與PFOS三者，其結果顯示擬一階降解的反應速率常數PFOA > PFOS > PFBS，而降解之反應活化能(Ea)分別為90.2 kJ/mole、319.4 kJ/mole與364.6 kJ/mole。PFBS、PFOA與PFOS三者之去除與脫氟的反應速率會與官能基、氟烷基鏈長度與C–F鍵低鍵離解能的位置和數量有關。同時本研究開發二階反應模型，可準確預測UV/亞硫酸鹽系統在15℃ ~ 45℃之溫度範圍下，PFBS、PFOA與PFOS於各反應時間下之去除率與脫氟率。"