DBD-PMS协同体系高效降解PFOA：机理探索与近完全脱氟性能研究

针对持久性污染物全氟辛酸(PFOA)难以彻底脱氟的难题，北京印刷学院团队创新性地将介质阻挡放电(DBD)等离子体与过硫酸氢盐(PMS)活化技术耦合，开发出DBD-PMS协同处理系统。该研究实现了96.96%的脱氟率和99.2%的降解率，通过ESR和DFT计算揭示了˙OH主导的降解机制，为工业废水处理提供了高效节能的新策略。

　　

全氟辛酸(PFOA)作为典型的持久性有机污染物，因其碳氟键(C?F)的超强稳定性，在环境中可长期存在并沿食物链富集。尽管美国环保署(USEPA)将其安全阈值设定为0.07 μg/L，但全球水体中普遍检出0.01-4 μg/L的污染水平。传统吸附法和反渗透技术存在二次污染风险，而高级氧化工艺(AOPs)又面临能量效率低、脱氟不完全等瓶颈。北京印刷学院的研究团队在《Journal of Water Process Engineering》发表的研究，通过创新性整合介质阻挡放电(DBD)等离子体与过硫酸氢盐(PMS)活化技术，成功突破了这一技术壁垒。

研究采用20.8 mmol/L PMS协同DBD等离子体的"喷泉式"反应系统，结合电子自旋共振(ESR)和密度泛函理论(DFT)计算，系统评估了活性氧物种(ROS)的生成机制与降解路径。通过自由基淬灭实验和动力学分析，证实了˙OH在脱氟过程中的主导作用，同时发现˙O₂^?和¹O₂的协同贡献。

Defluorination rate of PFOA in DBD-PMS
实验数据显示，单独DBD处理60分钟时PFOA降解率为90.33%，脱氟率仅61%；而DBD-PMS联用体系将这两个指标分别提升至99.2%和96.96%，总有机碳(TOC)降至4.57 mg/L。动力学分析表明该过程符合准一级反应规律(R²=0.97)，速率常数达0.047 min^?1。

Materials and Plasma setup
研究采用商业级PFOA(纯度>95%)和KHSO₅·0.5KHSO₄作为PMS来源，通过特制喷泉式DBD反应器实现气液高效传质。系统通过检测H₂O₂浓度变化证实了ROS的持续生成能力。

Conclusions
该研究首次阐明DBD等离子体与PMS的协同作用机制：DBD产生的高能电子(e^?)可同时活化水和PMS，生成˙OH、SO₄˙^?等多重活性物种。特别值得注意的是，O₃与PMS的独特反应路径显著提升了˙O₂^?的生成效率，进而通过链式反应促进˙OH增殖。这种"双活化"策略不仅将能量利用率提高36.96%，更为工业废水处理提供了无需过渡金属催化剂、无二次污染的绿色解决方案。

这项工作的创新性在于：1) 通过实验与理论计算结合，首次绘制出PFOA在DBD-PMS体系中的完整降解路径；2) 提出"等离子体-化学氧化"协同增效新范式，为其他难降解污染物的治理提供了普适性方法学参考。研究团队指出，该技术的规模化应用仍需优化反应器设计以降低能耗，未来可探索与光伏等可再生能源的耦合模式。