Electroreductive Defluorination of Unsaturated PFAS by a Quaternary Ammonium Surfactant-Modified Cathode via Direct Cathodic Reduction

化学 吸附 电子转移 无机化学 阴极 环境修复 肺表面活性物质 全氟辛酸 朗缪尔吸附模型 阴极保护 电化学 环境化学 污染 光化学 有机化学 物理化学 电极 生物 生物化学 生态学
作者
Yue Wang,Ye Xiao,Yafei Wang,Qingqi Lin,Yanping Zhu,Zhuobiao Ni,Rongliang Qiu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (19): 7578-7589 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acs.est.2c08182
摘要

Remediation of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in groundwater remains a technological challenge due to the trace concentrations of PFAS and the strength of their C–F bonds. This study investigated an electroreductive system with a quaternary ammonium surfactant-modified cathode for degrading (E)-perfluoro(4-methylpent-2-enoic acid) (PFMeUPA) at a low cathodic potential. A removal efficiency of 99.81% and defluorination efficiency of 78.67% were achieved under −1.6 V (vs Ag/AgCl) at the cathode modified by octadecyltrimethylammonium bromide (OTAB). The overall degradation procedure started with the adsorption of PFMeUPA onto the modified cathode. This adsorption process was promoted by hydrophobic and electrostatic interactions between the surfactants and PFMeUPA, of which the binding percentage, binding mode, and binding energy were determined via molecular dynamics (MD) simulations and density functional theory (DFT) calculations. The step-wise degradation pathway of PFMeUPA, including reductive defluorination and hydrogenation, was derived. Meanwhile, C–F bond breaking with direct electron transfer only was achieved for the first time in this study, which also showed that the C═C bond structure of PFAS facilitates the C–F cleavage. Overall, this study highlights the crucial role of quaternary ammonium surfactants in electron transfer and electrocatalytic activities in the electroreductive system and provides insights into novel remediation approaches on PFAS-contaminated groundwater.
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