鹼性條件下臭氧去除水中全氟辛酸

全氟碳化物(perfluorinated compounds,PFCs)常被半導體與光電產業用來酸洗電子零件或晶圓表面,或當作光版程序的界面活性劑。PFCs因其強大的碳-氟鍵結(C-F bond),在自然界中不易被光解、水解或生物降解,也導致其在環境中有持久性與生物累積性的特質。許多文獻已證實PFCs具有致突變腫瘤與致癌性,因此利用工程方法去除PFCs為近年來熱門的研究議題。其中,全氟辛酸(perfluorooctanoic acid,PFOA)為一種最被廣泛應用的人造全氟碳化物,且比起許多其他的PFCs更具毒性、更難以分解。 PFOA無法在中性或酸性環境下使用臭氧直接降解,因此本研究嘗試使用臭氧在鹼性條件下,產生氫氧自由基(hydroxyl radical,OH•)降解水中PFOA。實驗中改變之參數有:pH (5~6, 11)、臭氧濃度(0 wt%, 2 wt%, 2.5 wt%, 7 wt%, 9.5 wt%, 10.5 wt% (ozone/oxygen)),PFOA初始濃度(50 ppb, 5 ppm)、過氧化氫(H2O2/O3 =5, 10, 20 molar%)、腐植酸(15 mg/L)與外加超音波場源震盪影響。 當在鹼性條件(pH=11)下,使用臭氧能有效降解PFOA。使用2.5 wt%之臭氧可得到最佳處理效率(90 %);若添加過氧化氫增加氫氧自由基之穩定態濃度,可使去除效率增加15 %~ 56 %;添加腐植酸抑制氫氧自由基之穩定態濃度,會使去除效率減少15 %~44%;外加超音波場源震盪則增加2 %去除效率,顯示降解機制為氫氧自由基攻擊目標污染物。此方法可將PFOA降解成毒性較低的中間產物如:全氟庚酸(PFHpA)、全氟己酸(PFHxA)、全氟戊酸(PFPeA)、全氟丁酸(PFBA)與氟離子,以減少PFOA在環境中的危害。 此外,本研究亦嘗試將最佳操作條件用於處理全氟辛烷磺酸(Perfluorooctanesulfonic acid, PFOS)與實廠廢水,結果顯示PFOS去除效率可達84 %,用於處理實廠廢水6小時可去除92 %之PFOA、4小時即可去除99 %之PFOS。

作者:張丞毅