有機フッ素化合物の分解反応の開発

抄録

有機フッ素化合物は耐熱性，耐薬品性，界面活性等の優れた性質を持つ．このため様々なところで使われているが，近年になって環境残留性や生体蓄積性，さらには廃棄物の分解処理が困難といった負の側面が顕在化しつつある．環境中で検出されているのは主に界面活性剤として用いられてきたペルフルオロアルキルスルホン酸類（PFAS類，C_nF_2n＋1SO₃H）やペルフルオロカルボン酸類（PFCA類，C_nF_2n＋1COOH），およびそれらの誘導体である．中でもペルフルオロオクタンスルホン酸（C₈F₁₇SO₃H，PFOS）やペルフルオロオクタン酸（C₇F₁₅COOH，PFOA）といった化合物は生体蓄積性が高いため，使用や排出に関する規制（自主規制も含む）が世界的に進行している．
このような有機フッ素化合物の環境リスクの低減のためには，有害性の度合いに応じて排水や廃棄物の無害化を行う必要があるが，炭素・フッ素結合は炭素が形成する共有結合では最強なため容易に分解しない．焼却は可能であるものの，高温が必要であるだけでなく，生成するフッ化水素ガスが焼却炉材を損傷する問題がある．
これらの物質をフッ化物イオン（F^－）まで分解できれば，既存の処理技術により環境無害なフッ化カルシウムに変換できる．フッ化カルシウムの鉱物は蛍石で，硫酸処理によりフッ素ポリマーを含むすべての有機フッ素化合物の原料であるフッ化水素酸になるため，フッ素資源の循環利用にも寄与できる（図1）．これまでにも電子線照射やプラズマ等の高エネルギー的な手法を使えば，フッ素ポリマーでさえ分解できることは知られていた．しかしその場合，毒性が非常に高いペルフルオロイソブチレン（CF₃C（CF₃）CF₂，PFIB）や温暖化係数が二酸化炭素の数千倍のテトラフルオロメタン（CF₄）等の有害ガスの発生が懸念されている．
以上の背景から，我々はPFCA類やPFAS類，さらにはそれらの誘導体について種々の比較的穏和な反応手法を開発し，F^－までの完全分解，すなわち無機化を達成してきた．本稿ではそれらについて，他の研究者の報告例も交えて報告したい．