密苏里大学ES&T：多氟烷基物质在氯消毒过程中的转化途径

文摘 2025-01-12 10:23 浙江

《Investigation of Transformation Pathways of Polyfluoroalkyl Substances during Chlorine Disinfection》由Runze Sun等人撰写，聚焦含氟烷基物质（PFAS）在氯消毒过程中的转化，研究成果对饮用水安全和风险评估意义重大。

1. 研究背景：全氟和多氟烷基物质（PFAS）广泛应用于各类消费品生产，在环境和人体中广泛存在。美国环保署等机构对部分全氟化合物制定了严格法规，饮用水消毒中多氟烷基物质可能转化为全氟化合物，这对水行业构成挑战。此前相关研究有限，本文旨在深入探究其在氯化过程中的反应，为水处理设施和受影响社区提供信息。

2. 材料与方法：购买多种与水成膜泡沫（AFFF）相关的多氟烷基物质标准品及全氟化合物标准品，用蒸馏水和碳酸氢钠配制缓冲溶液，以次氯酸钠溶液为消毒剂。进行多组氯化实验，采用超高效液相色谱 - 高分辨率质谱联用仪对样品进行分析。利用二阶反应动力学方法和多步动力学程序分别模拟前体降解和产物形成过程，运用高斯16程序包进行密度泛函理论（DFT）计算。

3. 实验结果

- 前体降解：在低至0.9mg/L的游离有效氯（FAC）剂量下，N - AP - FHxSA和N - CMAmP - 6:2 FOSA快速降解，N - TAmP - FHxSA降解缓慢，5:3 FTB和5:1:2 FTB反应活性低。不同FAC剂量下，各前体的降解速率常数（k_d）差异小，且氟代磺酰胺的k_d与非氟代胺处于同一数量级。

图 1. 在不同初始 FAC 剂量的缓冲去离子水（pH ∼ 7.4）中氯化过程中，各 AFFF 相关前体的降解与氯化时间的函数关系。低 FAC 剂量（0.9 和 1.8 毫克/升（以 Cl2 计））下的前 72 小时数据用于拟合公式 5，而 6.3 毫克/升（以 Cl2 计）下的最初 15 小时数据用于同一目的。在 6.3 毫克/升的 FAC 剂量下氯化 72 小时后，进行了增效氯化。图 S2 显示了前体在最初 50 小时内的降解曲线。第 iii 和 iv 面板显示了对每种前体进行的两次独立实验所得出的数据，每个数据点代表每次实验所采集的一式三份样品的平均值。显示的数据代表这些三联样本的平均值 ± 标准偏差。注意面板中 y 轴的断点。面板 v 显示了本研究中获得的氟化磺酰胺（N-AP-FHxSA、N-TAmP-FHxSA 和 N-CMAmP-6:2 FOSA）的 kd 值，以及文献中报道的非氟化胺的 kd 值。(58)

- 氯化产物：N - AP - FHxSA氯化产生FHxSA、PFHxS、PFHxA、N - EtFHxSA和一种二氯代多氟烷基物质E。N - TAmP - FHxSA主要产物为FHxSA，N - CMAmP - 6:2 FOSA迅速转化为PFHxA。

图 2.N-AP-FHxSA、N-TAmP-FHxSA 和 N-CMAmP-6：2 FOSA 在缓冲去离子水（pH ∼ 7.4）中的氯化产物。

- 降解途径：N - AP - FHxSA主要通过反应1转化为FHxSA，还有其他反应生成PFHxS、PFHxA、N - EtFHxSA和E，N - EtFHxSA可进一步分解为FHxSA、PFHxS和PFHxA。N - TAmP - FHxSA主要生成FHxSA，其他产物产量较低。

图 3.在 FAC 剂量为 0（对照）、0.9、1.8 和 6.3 mg/L 的前体（∼1 μmol/L）消毒处理后（i） 2 h 和（ii） 150 h 测量的氯化产物产量。

图 4.本研究中考虑了氯化过程中（i） N-AP-FHxSA （rxns 1-11）和（ii） N-TAmP-FHxSA （rxns 7-16）降解的潜在反应。

- 影响因素：季铵基团对前体与FAC的反应性影响不大。DFT计算表明，分子结构中最高占据分子轨道（HOMO）、最低未占分子轨道（LUMO）的能隙、HOMO轨道位置、分子静电势（MEP）等影响反应性。pH从6到10变化时，前体降解速率常数k_d无显著变化，且在pH 7.4、10和11条件下，前体水解可忽略不计。

图 6.（I） N-TAmP-FHxSA、（II） N-CMAmP-6：2 FOSA（即 6：2 FTAB）和（III） N-AP-FHxSA 的结构可视化，用于（Ia， IIa， IIIa）几何优化，（Ib， IIb， IIIb）最高占据分子轨道（HOMO）和（Ic， IIc， IIIc）分子静电势来自电子密度计算。

4. 环境意义：研究表明典型FAC剂量的氯化可能将前体转化为更持久的全氟化合物，为水处理设施调整处理方法提供依据，有助于准确评估饮用水中PFAS的风险。同时，首次证实Sulfluramid在氯消毒过程中可产生PFOS和PFOA，为相关环境问题提供证据。

https://doi.org/10.1021/acs.est.4c05059

关注“新污染物监测与分析”公众号，获取更多新污染物最新资讯与科研进展

声明：本文仅供科研交流使用，文中所有观点均来源于已发布的论文，如有侵权或重大问题请通过后台与编辑联系。

欢迎高校、科研单位以及监测同行的朋友们投稿！邮箱6514064@zju.edu.cn。感谢您的点赞、转发、在看，您的鼓励是我们更新的动力！

添加编辑微信 xwrw1234 加入读者交流群，与大咖在线交流

继续阅读？点击链接阅读合集内推文

#抗生素	#微塑料	#全氟化合物
纳米塑料	#有机磷酸酯	#新污染物分析技术
#内分泌干扰物	#新污染物处理技术	#科研动态

新污染物监测与分析

“新污染物监测与分析”致力于探索和分享新污染物研究动态、前沿热点以及最新发表的学术论文。为科研人员、学者、管理者搭建一个专业的信息交流平台，共同关注和应对新污染物带来的环境和健康挑战。

华南师范大学EST Water：利用可疑筛查、非靶向筛查及机器学习技术识别大型河流中的抗生素及其转化产物并进行风险评估

普林斯顿大学EST：水-空气界面处全氟烷基物质PFAS和多氟烷基物质的相互作用

分析试验室：QuEChERS 增强型去除脂质技术结合超高效液相色谱-串联质谱法测定禽蛋中29种咪唑类药物及其代谢物残留

食用鱼肉中12种卤代有机污染物的测定

厦门理工环境学院最新EP综述：微塑料迁移和转化途径以及健康暴露风险

欧洲环境科学：泰国动物类群微塑料污染的系统综述：现状剖析、生态影响与研究展望

环境科学：黄柏河表层水、沉积物和大型底栖动物微塑料赋存特征

环境污染物的跨胎盘转移效率研究进展

阿姆斯特丹大学EI：中水回用中新兴化学品的风险特征

北京理工大学Nano：深入了解极端操作条件下电极-电解质界面的微观动力学

大连理工大学谭峰教授团队EH：光老化在胃肠道条件下促进 PLA-PBAT 可生物降解塑料释放有毒的微纳米塑料

上海交通大学戴家银团队Nature Communications：可乐饮料可降低误食污染土壤颗粒导致的铅中毒风险

南京大学环境学院韦斯教授团队自然通讯：双层同系物网络方法用于全氟和多氟烷基物质（PFAS）的非靶向筛查和回顾性数据挖掘

泰国榴莲被检出致癌物-碱性嫩黄，中国海关：暂停进口

ES&T Water：饮用水处理厂中粉末活性炭与颗粒活性炭去除 PFAS 的比较评估

博鳌亚洲论坛发布全球科技创新十大趋势

华中农业大学EST ：中国稻田汞甲基化微生物分布及环境因素解析

科研动态：北京大型EEPS小组在Social Science & Medicine发表论文探究我国环境健康风险价值评估参数

科研动态：城市环境研究所在砷暴露诱导肝脏毒性的表观遗传机制研究中取得新进展

Environmental Health：全球 DNA 甲基化、血铅与尿砷水平对学龄前儿童发育迟缓的联合影响

【科研进展】Water Research：解析水生生态系统中微塑料相关抗生素抗性基因的机制：来自宏基因组分析和机器学习的启示

原创：探秘-微塑料分析技术之"热裂解-气相色谱-质谱法(PY-GC-MS)"

江桂斌院士、赵进才院士以及环境化学领域知名专家在化学进展发表封面文章：新污染物

2025年最具前景的职业之一——嗅辨员培训开始招生啦

北京科技大学EST letters：香烟过滤嘴 - 人类被忽视的邻苯二甲酸酯暴露来源

新污染物分析技术：采用微塑料方法并结合热解气质联用技术对轮胎磨损颗粒进行量化分析

EP：洞察中国饮用水抗性基因/耐药组动态

环境科学：乡镇生活污水处理厂抗生素污染研究：现状、风险与应对策略

生态中心史亚利团队EST：全氟烷基和多氟烷基物质与女性健康问题：基于性别的累积差异、不良后果和机制

朱永官院士团队EST｜利用大型语言模型助力抗菌药物耐药性政策制定：将环境因素融入健康保护规划

密苏里大学ES&T：多氟烷基物质在氯消毒过程中的转化途径

科研动态：潘波教授团队和中科院城市环境研究所合作EST：与较大团簇相比，较小的多环芳烃分子团簇对微生物有更强的毒性和更高的风险

最新Total：污水处理厂微塑料排放的环境影响量化剖析-生命周期评估视角

上海海洋大学EST Letters：轮胎磨损与空气排放-氯化石蜡排放研究揭秘中国多车型轮胎中的潜在环境风险

新污染物分析参数查询工具上线了！

哈尔滨工业大学WR综述：氯化诱导的抗生素抗性基因在饮用水系统中的传播

为何孩子需要更多冒险：Nature科学揭示野外自由玩耍的益处

丽水学院生态学本科生EP|基于综合生物标志物的生态风险评估：蝌蚪对磷酸三(2-氯乙基)酯、磷酸三(2-氯丙基)酯环境暴露的响应

广东工业大学最新ES&T：不同类型微塑料对冷泉微生物多样性和功能的影响

武汉大学袁必锋课题组JHM｜配对母体和脐血血清中环境污染物的跨胎盘转移

顶刊加入生命周期分析LCA和TEA！多伦多大学教授在《Nature》和《Science》上发表论文，已成为标配！

中科院土壤所、东北师范大学ES&T：揭开废水处理厂中微塑料与PFAS相互作用的真相！

色谱柱填料：物质分离的微观奥秘与关键要素

科研动态：付杰团队-氯消毒剂显著改变了污水处理厂中的微型动物栖息地、群落结构和定殖模式

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉