日本国立研究开发法人量子科学技术研究开发机构（QST）高崎量子技术基础研究所尖端功能材料研究部纳米结构控制高分子材料项目的出崎亮上席研究员与赵跃项目负责人的研究团队于7月24日发表研究成果称，通过采用辐照与加热相结合的处理方式，成功实现了难以回收的特氟龙（PTFE）的完全分解，同时与既往高温热分解法相比，CO₂排放量减少了一半。今后将致力于开发出分解产物的分离方法及工业化工艺。该成果有望推动兼顾资源保障与CO₂减排的回收技术发展。相关研究成果已刊登在期刊《Radiation Physics and Chemistry》的6月3日刊上。
图1：在空气中不同温度下，电子束辐照后的PTFE分解速率（供图：量子科学技术研究开发机构（QST））
以PTFE为代表的氟树脂，具有极高的机械、化学及热稳定性，广泛应用于从工业用品到家庭用品的各类产品中。氟树脂以萤石或氟化氢为原料，将原料转化为有机氟化合物后，再加工成产品。
另一方面，这类原料几乎全部依赖进口，且从原料到树脂的制造过程中，CO₂排放量比其他塑料等树脂更多，环境负荷较高。
也正因这种高稳定性，氟树脂的回收存在难度，即便在氟废物回收技术比日本更先进的欧洲，其化学回收占比也仅维持在百分之几。日本政府也在《塑料资源循环战略》中，强烈要求对包含PTFE在内的废弃塑料开展回收利用。
此外，目前正在试行的废弃氟树脂分解方法，需进行600～1000℃的高温热处理，成本高昂成为其一大课题。
此次，研究团队基于长期积累的氟树脂辐射反应基础知识，探讨了通过“电子束”（辐射的一种）照射将PTFE分解至有机氟化合物的技术开发，旨在实现更简化的工艺过程，并降低所需能耗。有机氟化合物是氟树脂制造加工中只需经过一道合成工序就能生成树脂的原料，可用于冰箱制冷剂等多种用途，市场需求较高。
起初，研究团队探讨了“添加催化剂后进行电子束照射”的方法，该方法虽可将分解起始温度降至103℃，但分解终止温度仍接近600℃，节能效果较低。
为此，研究团队设计了“在加热状态下对PTFE照射电子束”的方法，并通过改变温度条件，观察各温度下的分解推进方式。结果确认，在空气中将PTFE加热至370℃，并施加5兆戈瑞（MGy）的电子束照射，可实现完全分解，且所有固体样品均发生气化。
通过对得到的气体进行分析，研究团队还发现，分解得到了C₄F₄、有用的氟化碳气体，以及该氟化碳气体与空气中氧气反应生成的氧化物气体。
研究还确认，传统高温加热实现完全分解需消耗4200千瓦时（kW·h），而本方法仅需2170千瓦时，能耗减少一半；在CO₂产生量方面，传统方法处理1吨物料就会排放1780千克CO₂，本方法则可将其控制至920千克。
约1克粉末样品的完全分解需要1.5小时左右。研究团队今后将致力于进一步优化反应条件。
出崎上席研究员表示：“本次研究首先聚焦于‘实现分解’这一目标，但我认为今后最大的课题在于工业化工艺。为攻克这一课题，我们期待能与拥有技术诀窍的氟树脂制造及回收相关企业合作，共同推进研究。此外，目前我们设想的处理对象是经过一定程度分类的颗粒，但也计划逐步积累‘在与树脂混合状态下会得到何种产物’等基础数据。我认为，若能实现气体分离，或许可省去预处理工序。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Radiation Physics and Chemistry
论文：Effects of temperature on the decomposition of PTFE induced by electron beam irradiation
DOI：10.1016/j-radphyschem.2025.113029
