光還原法處理添加異丙醇之全氟辛酸水溶液

全氟辛酸 (perfluorooctanoic acid, PFOA) 是全氟化物 (perfluorinated compounds, PFCs) 的一種,自1950年代被合成出來後,廣泛使用在聚合物、塗料等工業製程中。由於具有持久性有機汙染物的性質,近年來PFOA在環境中的流佈途徑、及生態毒理機制已被廣泛的研究與重視。因此,本研究嘗試利用光 (紫外線) 還原反應的處理方式,探討在水溶液為無氧狀態下,初始pH值、電子提供者 (異丙醇) 濃度與觸媒 (二氧化鈦) 添加量對PFOA降解的影響。研究結果顯示,在不添加二氧化鈦觸媒的情況下,不論pH值變化與添加異丙醇濃度為何,PFOA在24小時反應時間的去除率都約在20% 左右,但氟離子產率則隨初始pH值與異丙醇濃度的增加而上升。根據質譜儀的分析結果,未添加異丙醇時PFOA紫外線反應之降解產物以短鏈全氟羧酸為主,而含異丙醇環境下之降解機制則明顯不同,其中m/z=235[C4F9O]-為可能的中間產物。推測未添加異丙醇時,PFOA以直接光解方式氧化成短鏈全氟羧酸,而在含異丙醇的環境下,短鏈全氟羧酸進一步產生自由基連鎖還原反應,因此產生更多的氟離子,尤其在鹼性環境下則有利於還原性更強的自由基產生。在添加觸媒的光還原反應PFOA研究結果上,0.5 g/L 的二氧化鈦添加量有最佳的PFOA降解效果,然而在鹼性環境下PFOA降解不明顯,推測原因為二氧化鈦與PFOA在鹼性條件下均帶負電,在電性相斥的現象下,二氧化鈦無法發揮作用;在酸性溶液之不同異丙醇濃度環境下,PFOA在24小時反應時間的去除率在57至73% 之間,與未添加二氧化鈦觸媒的條件比較,已明顯提高甚多去除率。根據質譜儀的分析結果,未添加異丙醇時降解產物以短鏈全氟羧酸為主,而含異丙醇環境下之降解機制亦明顯不同,還原產物m/z=395[C7F14HCOO]-為可能的中間產物。推測未添加異丙醇時,PFOA與二氧化鈦產生的電洞產生氧化反應,生成短鏈全氟羧酸;在含異丙醇環境下,異丙醇與電洞反應產生自由基,進一步還原PFOA。綜合上述各反應條件,結果顯示添加0.5 g/L二氧化鈦、2 wt %異丙醇與初始pH3的反應條件下,PFOA有最佳的降解效果,24小時反應時間有73%的降解率。

作者:顏維志