鐵粉效能大勝活性碳　破解「永久化學物」PFOS 水中殘留難題

更新於 05月29日04:05 • 發布於 05月29日04:00 • 高詩豪

PFOS（全氟辛烷磺酸），俗稱「永久化學物」，因其防油、防水、耐熱等特性，被廣泛應用於不沾鍋、地毯、沙發布、外帶食品包裝與消防泡沫中，數十年來已深入日常生活。惟其化學性極為穩定，在環境中難以分解，導致全球土壤、農產品、甚至飲用水皆殘留其蹤跡，且與肝病、免疫失調、發育異常及癌症等健康風險相關。

當前多數淨水器採用活性碳吸附PFOS等污染物，活性碳本身擁有大量多孔表面，能攔截並捕捉分子，達到過濾目的。然而，廢水處理領域也常用另一種廉價材料——鐵粉（學名為微米級零價鐵，mZVI）去除污染物。為比較兩者淨化效能，美國史蒂文斯理工學院環境工程系教授孟曉光（暫譯，英文Xiaoguang Meng）與基督多拉特斯，以及博士生季孟（暫譯，英文Meng Ji）進行了一項關鍵研究。

吸附PFOS效率比活性碳高出26倍

圖解說明鐵粉（mZVI）與不同鐵氧化物對「永久化學物」PFOS 的去除效果。研究比較了微米級零價鐵（mZVI）與活性碳（AC）的吸附能力，發現 mZVI 的吸附容量高達每平方公尺 21 毫克，遠超過活性碳（僅 0.813 毫克）。實驗中，10 g/L 的 mZVI 能在 8 小時內，將 PFOS 濃度從 50 mg/L 降至僅 6 mg/L。圖中顯示，磁性鐵（如 Fe⁰、Fe₃O₄）對 PFOS 有更高吸附力，而非磁性鐵氧化物（如 Fe₂O₃、Fe(OH)₃）則效果較差。去除過程並非靠共價鍵或靜電作用，而是主要靠疏水效應，加入氯化鈉（NaCl）還能進一步提升效果。這些發現有助未來開發高效鐵粉吸附材料，用於清除水中有害的 PFOS。（圖／《Environmental Science & Technology》）

結果顯示，鐵粉吸附PFOS的效率，按單位表面積計算竟比活性碳高出26倍。研究團隊指出，雖然鐵粉在水中會逐漸氧化生成鏽（氧化鐵），但即使鏽蝕覆蓋表面，其吸附能力仍未明顯下降，反而維持高度活性。換句話說，氧化後的鐵同樣能有效去除PFOS，這個結果大大顛覆過去對鏽蝕材料效能的認知。

這一發現不僅對開發低成本、大規模淨水技術極具意義，也引發學界熱烈討論。團隊正持續深入探討鐵粉鏽蝕後維持吸附效能的機制，希望未來推動PFOS和其他永久化學物的環境整治邁向新階段。

這項成果已於2025年3月發表於《Environmental Science & Technology》。

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首圖來源：Stevens Institute of Technology (CC BY 4.0)

圖片來源：Environmental Science & Technology(CC BY 4.0)

參考論文：
1、Kinetic and Mechanism Study of PFOS Removal by Microscale Zero-Valent Iron from WaterEnvironmental Science & Technology

延伸閱讀：
1、環保紙吸管也藏隱憂：含有永久性化學物質

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