六氟环氧丙烷二聚体酸(HFPO-DA)中试燃烧热降解机制及氟碳不完全燃烧产物生成规律研究

为解决PFAS（全氟/多氟烷基化合物）热降解过程中氟碳不完全燃烧产物(PICs)的生成难题，美国环保署研究人员采用中试燃烧装置，结合OTM-50、FTIR和CIMS技术，系统研究了GenX工艺关键物质HFPO-DA在750-920°C下的热分解行为。研究发现温度降低会显著增加TFA、PFPrA等短链全氟羧酸(PFCAs)的生成，量子化学计算揭示了PPVE和fluoroether E-1两种关键中间体的降解路径，为PFAS热处置工艺优化提供重要依据。

　　

全氟/多氟烷基化合物（PFAS）因其独特的化学稳定性被广泛应用于工业生产，却也成为难以降解的"永久化学品"。其中六氟环氧丙烷二聚体酸（HFPO-DA）作为PFOA的替代品，虽被冠以"GenX"的环保名号，却在环境中持续检出并引发健康担忧。当前热氧化处理虽能实现99.999%的HFPO-DA分解率，但关于其不完全燃烧产物的认知仍存在巨大空白——这些次级污染物可能比母体化合物更具危害性。

美国环保署的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表的研究中，采用Rainbow中试燃烧装置，通过精确控制920°C、860°C和750°C三个温度梯度，系统考察了4000 mg/L和500 mg/L两种浓度HFPO-DA溶液的降解行为。研究创新性地整合了Other Test Method 50（OTM-50）离线分析、傅里叶变换红外光谱（FTIR）实时监测和化学电离质谱（CIMS）三大技术平台，同时结合量子化学计算，首次全面揭示了HFPO-DA热降解过程中的产物谱系与反应机制。

实验方法精要
研究采用自然气燃烧的Rainbow中试燃烧炉，在三个不同轴向位置（对应不同温度）注入HFPO-DA溶液。气体采样系统包含湿式/干式FTIR联用装置和CIMS实时监测，OTM-50方法靶向检测30种非极性挥发性氟化PICs。量子计算采用密度泛函理论（DFT）探索反应路径。

关键发现

1. 温度依赖性降解：虽然所有工况下HFPO-DA分解效率（DE）均>99.99%，但750°C时40-60%的氟转化为PICs，显著高于高温工况。
2. 特征PICs指纹：鉴定出1H-全氟烷烃、fluoroether E-1（七氟丙基四氟乙基醚）及两种超短链PFCAs——三氟乙酸（TFA）和全氟丙酸（PFPrA）。
3. 量子计算路径：发现HFPO-DA可通过1,1,1,2,2,3,3-七氟-3-[(1,2,2-三氟乙烯基)氧]丙烷（PPVE）或fluoroether E-1两种中间体路径降解，其中PPVE路径能垒更低。

环境启示
该研究首次证实即使达到99.99%分解效率，中低温热处置仍会产生大量PICs。特别值得注意的是检测到的TFA和PFPrA均属于强持久性污染物，其环境归趋需重点关注。研究建立的温度-产物关联模型为优化热氧化工艺参数（如保持>1000°C）提供科学依据，同时开发的OTM-50联合FTIR/CIMS分析方法为PFAS处理设施排放监管树立了新标准。

前瞻展望
William P. Linak团队指出，当前工业热氧化器虽能实现高温稳态运行，但实际废物处理中常存在温度波动和混合不均问题。后续研究应拓展至复杂基质（如污染土壤、活性炭）中的HFPO-DA降解行为，并需重点关注超短链PFCAs的生成机制与控制策略。这项研究为正在制定的PFAS热处置技术规范提供了关键数据支撑，对保障饮用水安全和环境健康具有重要意义。