等离子体电解氧化法制备rGO掺杂TiO2 涂层光催化降解PFOA的性能与机制研究

针对难降解污染物全氟辛酸(PFOA)的治理难题，研究人员通过等离子体电解氧化(PEO)技术在钛基底上制备了rGO掺杂TiO2 固定化光催化剂。研究发现rGO的引入通过增加氧空位、缩小禁带宽度和抑制e- /H+ 复合，显著提升PFOA降解效率，降解产物毒性降低，为工业光催化系统提供了可规模化应用的解决方案。

　　

随着全氟和多氟烷基物质(PFAS)在环境中持续累积，全氟辛酸(PFOA)因其极强的C-F键(键能484 kJ/mol)和生物蓄积性，被列入《斯德哥尔摩公约》持久性有机污染物清单。传统处理方法如生物修复、电凝等对PFOA降解效率有限，而纳米光催化剂存在回收困难、二次污染等问题。塞尔维亚AntlerBau等机构的研究团队创新性地采用等离子体电解氧化(PEO)技术，在钛基底上制备了还原氧化石墨烯(rGO)掺杂的TiO₂
固定化光催化剂，系统研究了不同rGO含量(1-10 g/L)对PFOA降解的影响，相关成果发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》。

研究采用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)等技术表征材料特性，通过紫外-可见漫反射(DRS)分析光学性能，结合液相色谱-质谱(LC-MS)追踪降解路径。结果显示：rGO掺杂使TiO₂
禁带宽度从3.2 eV降至2.8 eV，光吸收边红移；X射线光电子能谱(XPS)证实氧空位浓度随rGO含量增加而升高，10 g/L rGO样品降解效率达93±7%，显著优于纯TiO₂
。降解产物检测发现短链全氟羧酸(PFHpA、PFHxA、PFPeA)和氟离子，发光细菌试验证实处理后样品对费氏弧菌(A. fischeri)毒性降低。

【材料表征】FESEM显示所有涂层呈现蕾丝状均匀形貌，XRD未检出rGO结晶相，表明其以非晶态分散；DRS证实rGO拓宽了可见光响应范围。

【降解机制】rGO通过三重协同效应提升性能：①作为电子受体抑制e^-
/H⁺
复合；②氧空位促进PFOA吸附；③窄带隙增强光生载流子产量。

【环境应用】PEO法制备的固定化涂层克服了纳米颗粒易流失的缺陷，连续使用5次后活性保持90%以上，适用于工业反应器设计。

该研究首次将PEO技术与rGO-TiO₂
复合体系结合，不仅阐明了氧空位介导的降解机制，更通过固定化设计实现了技术转化瓶颈的突破。相比传统悬浮光催化系统，该方案无需后续分离步骤，在保证高效降解(12小时去除率>90%)的同时显著降低运行成本，为PFAS污染治理提供了兼具科学创新性和工程实用性的解决方案。