光催化膜中PVDF在气态环境下的降解机制与PFAS环境风险研究

本研究发现聚偏氟乙烯（PVDF）及其共聚物（PVDF-HFP）在与二氧化钛（TiO2）复合的光催化膜中，经紫外线（UV）照射后发生显著降解，并生成含氟气体产物（如CF2O、CO2和CF4）。该研究揭示了PFAS材料在光催化应用中的环境持久性风险，为评估其长期安全性提供了关键依据。

　　

Highlights

PVDF（聚偏氟乙烯）和PVDF-HFP（聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物）作为全氟烷基物质（PFAS）家族成员，因其强C-F键而具有高持久性，但本研究首次系统揭示其在气态环境中与TiO₂复合后受UV照射的降解行为，并鉴定出剧毒中间体CF₂O及终产物CO₂/CF₄。

Materials

研究采用PVDF-HFP（94% PVDF, 6% HFP，平均分子量400,000 g/mol）和PVDF（平均分子量534,000 g/mol）作为聚合物基质，以TiO₂ P25纳米粉末（≥99.5%，85%锐钛矿+15%金红石，比表面积35–65 m²/g）作为光催化剂。

Results and discussion

长期UV暴露后，PVDF(-HFP)/TiO₂膜出现脆化并粉化，FT-IR显示聚合物吸收峰相对TiO₂降低，XPS中F(1s)峰减弱而Ti(2p)峰增强，证实降解源于UV触发下与TiO₂的反应。QMS气体分析检测到CF₂O（剧毒）在2.5小时达峰值浓度，10小时后完全转化，并强烈指示终产物为CO₂和CF₄。

Conclusion

本研究证明PVDF(-HFP)在光催化膜中并非惰性载体，UV照射下会与TiO₂发生反应导致降解，并释放含氟气体。这一发现对评估PFAS基材料在光催化应用（如空气/水净化）中的长期环境风险具有重要启示。