电热矿化工艺为土壤修复提供了更环保更经济的方法

莱斯大学化学家詹姆斯·图尔带领研究团队开发了一种快速电热矿化 (REM) 工艺，该工艺可以在几秒钟内修复可能污染土壤和环境的合成化学物质的积累。该研究于 7 月 20 日发表在《自然通讯》上。

全氟和多氟烷基物质 (PFAS) 是一种持久性和生物累积性污染物，可在土壤中积累，威胁环境和人类健康。PFAS 是一大类耐热、耐油、耐水和耐油脂的合成化学物质，用于消防泡沫、食品包装、地毯、清洁产品、纸张和油漆等消费品中。

现有的 PFAS 分解方法通常效率低下，会消耗大量能源和水，而且无法消除这些污染物。然而，REM 工艺提供了一种更有效、更高效且更环保的解决方案。

REM 工艺使用地下的电气插入物和生物炭(一种环保导电添加剂)，通过直流脉冲在几秒钟内将受污染的土壤快速加热到 1,000°C 以上。高温利用土壤中存在的天然钙化合物将 PFAS 转化为无矿物氟化钙。该方法已证明具有较高的去除效率(超过 99%)和矿化率(超过 90%)。

“我们的研究表明，这种高温电热过程可以有效地将 PFAS 矿化为无的氟化钙，”TT 和 WF Chao 化学教授兼材料科学和纳米工程教授 Tour 说道。“该过程保留了土壤的基本特性，并通过增加养分供应和支持节肢动物的渗透来增强土壤健康。”

这项突破建立在之前的研究基础之上，之前的研究利用电热加热蒸发重金属，并将土壤中的有机污染物转化为无石墨材料。在当前的研究中，研究团队将土壤与生物炭混合，并施加脉冲电流，实现快速加热和矿化。该过程的有效性通过先进的测试方法得到证实，包括液相色谱-质谱法和离子色谱法。

REM 工艺以其速度快、效率高、可扩展性和环保效益而脱颖而出。与现有的修复方法相比，该方法减少了能源消耗、温室气体排放和用水量。实验室规模的工艺每批最多可处理 2 公斤土壤，标志着朝着目前正在设计的更大规模现场应用系统迈出了重要一步。

“这种方法提供了一种更环保、更经济的土壤修复方法，”莱斯学院研究员、图尔实验室博士后研究员 Yi Cheng 说道。“我们对在不久的将来进行现场测试和更广泛部署的潜力感到兴奋。”