科学家驱动电子束 以超高效方式解决特氟龙垃圾问题

有没有想过那些涂有特氟龙涂层的旧煎锅会被如何处理？答案并不多，它们大多数都被扔进了垃圾填埋场。然而，日本国家量子科学技术研究所（QST）开发的一种新型回收技术，承诺实现100%的回收效率。

特氟龙是科学界一个绝佳的意外发现的例子。1938年4月，杜邦公司的化学家罗伊·J·普兰克特（Roy J. Plunkett）正在研发一种新型、更安全的氯氟烃制冷剂，这种制冷剂不像当时冰箱里使用的制冷剂那样具有爆炸性和毒性。

他正在研究四氟乙烯（TFE）气体与盐酸的混合反应，想看看它们会如何反应。这时，他发现一个放在干冰上的气瓶似乎是空的，但重量仍然和满的一样重。切开气瓶，他发现了一种滑溜溜的白色粉末，原来是TFE自发聚合，变成了聚四氟乙烯（PTFE）。

我们现在知道它的商品名是“特氟龙”。

起初，这种生产成本高昂的化学物质显得有些奇怪，但没人能想出该如何利用它。从化学角度来看，它极其惰性。没有任何东西能够溶解或降解它。它不会与活体组织发生相互作用。水和油，实际上几乎没有任何东西能够粘附在它上面，液体会凝结成珠并流走。它几乎没有摩擦力，在很宽的温度范围内都能保持其化学和物理特性，是极好的电绝缘体，不会燃烧，而且耐用且柔韧。这是寻找问题的解决方案的经典案例。

如果不是曼哈顿计划制造了第一颗原子弹，特氟龙很可能最终会被摆在杜邦实验室的架子上，在《化学和物理手册》中默默无闻。长话短说，橡树岭国家实验室负责提炼原子弹所需铀的科学家们，在分离铀同位素时，遇到了腐蚀性极强的六氟化铀的问题。

出于一些至今仍未公开的原因，当时被称为聚四氟乙烯的物质恰好可以用来保护阀门、管道和其他设备，防止它们残留。于是，这种奇怪的粉末就此获得了化学上的立足点。

到了20世纪50年代，特氟龙有了正式的名称，并在化工、电子、工程和其他领域得到了广泛的应用。它最终被用于食品加工、电线绝缘、电路板、轴承、衬套、密封件、阀门、导管、电容器、建筑、纺织品和飞机部件。

随后，在 20 世纪 60 年代初，随着第一批不粘锅的问世，不粘锅一炮打响，进入了消费市场。尽管不粘锅容易刮花，而且锅里的铝保温性能很差，但这种锅仍然非常受欢迎，但这只是一个更喜欢熟铸铁锅的人的看法。非常喜欢。

这个化学成功的故事本身就很美好，如果不是因为一个挥之不去的问题，我们或许可以就此结束。特氟龙之所以成为神奇的塑料，其特性也使其极难回收。事实上，大多数回收项目都不会接受特氟龙锅具，它们最终会被填埋。

特氟龙是可以回收的，但这是一个漫长而艰难的过程，需要将特氟龙与其涂层分离、研磨、高温处理，然后再加入化学药剂。单是加热这一步就非常耗能，成本也非常高昂。

现在，QST团队提出了一种处理特氟龙的新方法，该方法基于使用电子束分解塑料分子。具体方法是将特氟龙在空气中加热至370°C（698°F），然后用5兆吉（MGy）的电子束进行照射。这种方法通过改变分子的内部结构，以100%的效率分解聚合物，生成可回收利用的氧化氟碳化合物和全氟碳化合物，从而制造新产品。

电子束回收过程图

这也意味着显著的成本节约和更低的大气排放量，因为电子束仅使用传统高温热解方法一半的能量。

现在的希望是将新的回收工艺从实验室中推出并加以改进，以便能够扩大到工业水平。

该研究项目负责人前川康成博士表示：“我们希望这项技术能够促进高性能塑料更安全、更清洁、更经济的回收。”

该研究发表在《辐射物理和化学》杂志上。