近日，澳大利亚昆士兰大学张承教授和团队，设计出一种基于含氟聚合物（PFPE-IEX+）的吸附剂，它可以有效去除水中的全氟/多氟烷基化合物（PFAS，Per- and poly-fluoroalkyl substances）。
图 | 张承（来源：张承）
实验中，含氟聚合物柱子能够处理超过 13 升以上的饮用水，几乎没有任何 PFAS 泄漏。同时，其能在较短时间内实现 99% 以上的 PFAS 去除率。
本次材料不仅在去除多种类型的 PFAS 时展现出极高的去除效率，并能显著提升吸附容量，同时这种吸附剂还具备长效使用和轻松再生的潜力。
为了验证该材料的实际效果，课题组设计了一种基于含氟聚合物的连续柱装置，借此发展这种装置在饮用水和垃圾填埋渗滤液等复杂水体环境中展现出卓越的吸附性能。
在经过连续运行和多次再生后，含氟聚合物柱子能在不出现吸附穿透的情况下，持续有效地去除水中的 PFAS。相比之下，当使用活性炭柱子处理相同水体时，其去除效率远低于含氟聚合物柱子。
通过这项研究，他们不仅展示了 PFPE-IEX+ 材料的优异性能，还证明了其在连续水处理系统中的应用潜力。
总的来说，这种基于柱子的处理方式可以为大规模 PFAS 污染治理提供可持续的有效解决方案，进一步推动 PFAS 污染问题的解决。
（来源：Nature Communications）
预计它将至少带来六方面的应用：
其一，用于饮用水净化。
鉴于 PFAS 带来的水源污染问题，饮用水的安全性备受关注。而本次材料可以高效去除 PFAS，故能被广泛用于饮用水处理设备，确保水中的 PFAS 含量达到安全标准。
其二，用于家庭水过滤器。
随着公众对饮用水安全的关注日益增加，本次材料还能让家庭水过滤设备更有效地去除自来水中的 PFAS。
其三，用于工业废水处理。
化工、制药和电子制造等行业会产生含有 PFAS 的废水。而本次材料能被用于工业废水处理系统之中，帮助工厂既高效又经济地去除废水中的 PFAS。
其四，用于垃圾填埋渗滤液处理。
垃圾填埋场渗滤液通常含有高浓度的 PFAS，这会对土壤和地下水构成潜在的污染威胁。而本次材料也能用于垃圾填埋场的渗滤液处理系统，从而保护周边的环境生态。
其五，用于应急处理和环境修复。
在一些突发的化学泄漏或污染事故中，PFAS 污染可能会对当地水体和生态系统造成急性威胁。而本次材料可被用于便携式应急处理设备，从而快速净化受污染的水源，尽快减少污染扩散。
其六，用于 PFAS 污染监控与治理。
对于政府和环保组织来说，它们可以将本次技术作为一种长期监控和治理 PFAS 污染的手段。在需要持续监测的场景中，基于本次技术的系统可以长期稳定地运行，从而能够有效地控制污染扩散，并能进行数据收集，进而为环境政策制定带来支持。
未来几年内，随着技术的进一步优化和成本的降低，研究人员相信 PFPE-IEX+ 有望成为处理 PFAS 污染的主流解决方案之一。
（来源：Nature Communications）
据研究人员介绍，PFAS 已被广泛用于许多工业产品中，但随之也带来一种全球性的污染源。
PFAS 的化学性质非常稳定，当采用传统的水处理技术来处理短链 PFAS 时，效果往往不理想。
此外，现有技术比如活性炭和离子交换树脂，它们在吸附容量、吸附效率和再生方面存在明显不足，难以有效应对日益严峻的 PFAS 污染问题。
因此，该团队希望开发一种既能高效吸附、又能可再生的吸附材料，从而以快速的、有选择性的方式，从受污染的水源中去除多种 PFAS。
如前所述，该团队使用含氟聚合物（PFPE-IEX+）作为基础材料，设计出了本次吸附剂材料，并证明其具有高亲氟性和吸附能力。
期间，他们合成了含有氟聚醚链段的聚合物，并通过化学修饰的方法，使其具备选择性地吸附 PFAS 的能力。
同时，课题组通过优化聚合物的结构，确保它既能在短时间内捕获多种 PFAS，又具有良好的稳定性和可再生性。
合成材料之后，则要对其结构和性能进行表征。期间，他们利用核磁共振、傅里叶红外光谱等技术确认了本次材料的化学结构，并通过扫描电子显微镜观察其形态。
同时，他们还评估了本次材料在不同环境条件下的稳定性，确保其在酸性水体和碱性水体中都能保持较高的吸附效率。
（来源：Nature Communications）
在确定材料的基本结构之后，他们开始测试它对于 PFAS 的吸附性能。
实验室中，该团队模拟了不同污染条件下的水体，测试了本次材料对于多种 PFAS（包括长链和短链 PFAS）的去除效果。
后又通过一系列的实验，课题组测试了该材料的再生性能，发现它能通过简单的溶剂洗涤实现多次重复使用，并在多轮再生之后仍能保持较高的吸附效率，这说明其具备较好的经济性和可持续性。
而为了验证本次材料在实际应用中的潜力，他们进一步设计了基于该材料的柱式处理系统，并测试了其在连续水处理中的表现。
当将该系统用于处理饮用水和垃圾填埋场渗滤液时，实验结果显示基于 PFPE-IEX+ 的柱子在多轮处理和再生后，依然能够保持高效去除率。
至此，PFAS 吸附材料的开发工作终于完成。
日前，相关论文以《用于高效和选择性捕获全氟和多氟化合物的含氟聚合物吸附剂》（Fluoropolymer sorbent for efficient and selective capturing of per- and polyfluorinated compounds）为题发在 Nature Communications[1]。
图 | 相关论文（来源：Nature Communications）
澳大利亚昆士兰大学博士生杨卓景是第一作者，张承担任通讯作者。
图 | 杨卓景（来源：杨卓景）
虽然本次材料在实验室和实际环境中的表现非常优秀，但在推广应用时，还需要进一步降低生产成本，并探索更环保的替代方案。
未来，他们将进一步推动该吸附材料的实际应用，并解决当前研究中的一些未解问题。
首先，其将致力于降低材料生产成本。
比如可以通过优化合成工艺和降低生产成本，来使材料更加经济适用。此外，他们还计划探索更环保的替代材料，以减少生产过程中对环境的潜在影响。
其次，其将致力于扩大实际应用测试范围。
目前的实验主要集中在实验室条件下以及特定的水体环境中进行。下一步，他们计划将该材料用于更广泛的水处理场景中，包括用于更多类型的地下水、工业废水和生活污水等。通过实际环境中的长期测试，将能进一步验证材料的稳定性、经济性和再生能力。
再次，其将致力于与 PFAS 破坏技术加以结合。
虽然吸附技术可以有效去除水中的 PFAS，但如何彻底销毁这些被吸附的 PFAS 仍然是一个挑战。因此，他们计划将本次吸附技术与现有的 PFAS 破坏技术（如高温裂解、电化学降解等）结合，开发出一个集 PFAS 捕获和销毁于一体的综合处理方案。这不仅将能高效去除 PFAS，还能彻底解决其在环境中的积累问题。
最后，其将致力于持续监测与长期应用。
为了确保该材料在长期使用中的效果和稳定性，他们计划进行持续的监测和数据收集，特别是监测其在大规模应用中的表现。通过这些数据，将能评估材料的使用寿命、再生周期和处理效率，从而不断地迭代本次技术。
参考资料：
1.Yang, Z., Zhu, Y., Tan, X. et al. Fluoropolymer sorbent for efficient and selective capturing of per- and polyfluorinated compounds. Nat Commun 15, 8269 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52690-y
