立命大,PFASを可視光で温和に分解する技術を開発

立命館大学の研究グループは,きわめて難分解性で,高い環境・生体蓄積性をもつパーフルオロアルキル化合物(PFAS),および非常に安定性の高いフッ素樹脂として知られるナフィオンを,室温・大気圧下で可視光線を照射するだけで温和にリサイクル可能なフッ化物イオンにまで分解する技術を開発した(ニュースリリース)。

フッ素元素を含む有機化合物は耐熱性,耐薬品性,絶縁性,界面特性に優れており,さまざまな産業分野で必要不可欠な材料。一方,C–F結合がきわめて強いため,廃棄物の分解処理が難しいこと,環境残留性が高いこと,さらには生体蓄積性が高いものがあるなどの複数の課題が顕在化している。

フッ素化合物をリサイクル可能なフッ化物イオンまで分解する技術はいくつか報告されているが,高温,高圧,強酸化剤などの過激な条件が必要なことや,水銀に関する水俣条約の規制対象である水銀灯を用いた深紫外線照射が必要など,代替技術が早急に求められていた。

温和な条件でフッ素化合物を分解できれば,社会で活躍する高機能なフッ素化合物をサステイナブル材料へと転換し,持続可能な循環社会の実現に貢献できると期待される。

研究グループは,難分解性化学物質として知られるPFOSと,イオン交換膜に広く利用されているスルホン化フッ素系高分子であるナフィオンが,硫化カドミウム(CdS)半導体ナノ結晶(NC)に可視LED光を照射することにより,常温・常圧下で効率的にフッ素イオンに分解できることに初めて成功した。

PFOSは8時間以内に完全にフッ素イオンにまで完全分解され,ナノ結晶1つあたりのC-F結合解離のターンオーバー数は17200となり,比較的高い触媒サイクル特性を持つことがわかった。さらに,24時間の光照射でナフィオンの81%の脱フッ素を達成し,可視光下での効率的な光触媒特性が実証された。

フッ素樹脂の中で最も強靭なPTFEにおいても,反応は遅いものの,表面を疎水性から親水性に変化させることに成功した。さまざまな分光学的および光触媒学的研究により,分解は光照射に伴う表面配位子の脱離とオージェ再結合を伴う電子注入の協同メカニズムによって駆動されることが明らかになった。

研究グループは,この技術は,様々な種類のPFASを温和な条件で効果的に触媒分解する新しい可能性を提供し,持続可能なフッ素リサイクル社会の構築に貢献できると期待されるとしている。

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