Durch die Zugabe einer geringen Menge Ameisensäure in ein UV-aktiviertes Persulfatsystem verwandelten die Forscher einen ineffizienten Oxidationsprozess in einen hochwirksamen Entfluorierungsweg und erhöhten so die Fluorentfernung innerhalb von 24 Stunden von 27 % auf fast 90 %. Der Schlüssel liegt in der Umleitung der reaktiven Chemie zur Erzeugung von Kohlendioxid-Radikalanionen, stark reduzierenden Spezies, die in der Lage sind, die notorisch stabilen Kohlenstoff-Fluor-Bindungen von PFOA anzugreifen.
PFOA gehört zu einer größeren Klasse von Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS), die in großem Umfang in Textilien, Feuerlöschschäumen, Verpackungen, Galvanik und anderen industriellen Anwendungen eingesetzt werden. Ihre außergewöhnliche chemische Stabilität macht sie für Produkte wertvoll – bedeutet aber auch, dass sie in der Umwelt verbleiben, sich in Organismen anreichern und Risiken für die Leberfunktion, das Immunsystem und die Fortpflanzung darstellen. Infolgedessen ist die PFAS-Kontamination zu einem globalen Problem geworden, das dringend wirksame Sanierungstechnologien erfordert. Bestehende Behandlungsmethoden sind mit erheblichen Kompromissen verbunden. Fortschrittliche Oxidationsverfahren unter Verwendung von Persulfat oder Wasserstoffperoxid können PFAS abbauen, erfordern jedoch in der Regel extreme Bedingungen wie hohe Temperaturen, hohe Oxidationsmitteldosen oder einen hohen Energieeinsatz. Fortschrittliche Reduktionsverfahren auf der Basis hydratisierter Elektronen sind hochwirksam, erfordern jedoch teure Photosensibilisatoren und können problematische Nebenprodukte erzeugen. Eine kostengünstige, energieeffiziente und skalierbare Alternative ist bislang nicht in Sicht.
Eine Studie (DOI: 10.48130/ebp-0025-0010), die am 05. Dezember 2025 von Dongmei Zhous Team Nanjing University, veröffentlicht und bietet einen kostengünstigen, energieeffizienten Weg zur Behandlung hartnäckiger perfluorierter Schadstoffe in Wasser und liefert neue mechanistische Erkenntnisse darüber, wie oxidative Systeme für einen gezielten reduktiven Abbau entwickelt werden können.
Anhand eines systematischen Vergleichs von UV-gekoppelten Redoxsystemen in Kombination mit mechanistischen Untersuchungen und Parameteroptimierungen wurde in der Studie zunächst bewertet, wie verschiedene Radikalpfade die Defluorierung von PFOA beeinflussen. Drei repräsentative UV-aktivierte Systeme – UV/SO?²?, UV/Persulfat (PS) und UV/H?O? – wurden untersucht, um reduktive von oxidativen Abbauwege zu unterscheiden, gefolgt von einer gezielten Modifikation des UV/PS-Systems durch Zugabe von kleinmolekularen organischen Additiven (Ameisensäure und Methanol). Radikale wurden mittels Elektronenspinresonanzspektroskopie (EPR) und selektiven Quenching-Experimenten identifiziert, während die Auswirkungen der PFOA-Beladung, der PS- und Ameisensäurekonzentrationen, des pH-Werts der Lösung, des gelösten Sauerstoffs, der koexistierenden Anionen und der natürlichen organischen Substanzen systematisch untersucht wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass reduktive Systeme bei der Spaltung der starken C–F-Bindungen von PFOA von Natur aus oxidativen Systemen überlegen sind: UV/SO?²? erreichte innerhalb von 24 Stunden eine Defluorierung von 67 % durch hydratisierte Elektronen, während UV/PS und UV/H?O? nur 27 % bzw. 18 % erreichten. Die Zugabe von Ameisensäure veränderte die UV/PS-Chemie grundlegend und steigerte die Defluorierung auf 89 %, indem Sulfat- und Hydroxylradikale in stark reduzierende CO?•?-Radikale umgewandelt wurden, was durch EPR direkt bestätigt wurde. Quenching-Tests zeigten, dass die Unterdrückung von CO?•? die Defluorierung nahezu eliminierte, wodurch es als die dominierende reaktive Spezies identifiziert wurde. CO?•? erwies sich aufgrund seines stärkeren Reduktionspotenzials als wirksamer als Alkoholradikale, was die überlegene Leistung von UV/PS/FA gegenüber UV/PS/MeOH erklärt. Die Defluorierungseffizienz nahm bei höheren PFOA-Konzentrationen aufgrund von Radikalwettbewerb und der Bildung kurzkettiger PFAS ab, blieb aber selbst bei 200 µM der herkömmlichen Oxidation überlegen. Die optimale Leistung wurde bei moderaten PS- und Ameisensäuredosierungen unter sauren und sauerstofffreien Bedingungen erzielt. Gängige Anionen wie Sulfat, Bicarbonat und Nitrat verstärkten den Abbau leicht, indem sie die elektrostatische Abstoßung milderten, während Nitrit und natürliche organische Stoffe die Defluorierung durch das Abfangen reaktiver Radikale stark hemmten.
