胺功能化硅藻土颗粒从水溶液中高效吸附全氟辛烷磺酸和全氟丁烷磺酸

为何水中顽固化学物质值得关注

许多日常用品——从不粘锅和外卖盒到灭火泡沫——会残留一类常被称为“永久性化学物质”的工业化合物。这些被称为 PFAS 的物质在自然中不易降解，会在人体内累积，且与癌症、免疫问题和发育障碍等有关。本文所述的研究探讨了一种由化石藻体制成的简单、低成本滤料，能高效去除两种常见 PFAS，并可多次重复使用。

对天然滤料的新改良

研究人员的注意力集中在硅藻土上——一种由显微藻类化石壳体形成的粉末。该材料本身价格低廉、资源丰富、多孔，且已经用于某些过滤器，但其对 PFAS 的吸附力不足。为提升性能，团队将粉末制成小颗粒，并在表面引入含氮丰富、可带正电的分子涂层。经处理的颗粒称为 APTES‑DE，提供了许多活性位点，可以吸引带负电的 PFAS 分子头部，同时仍保留允许水流通过的多孔结构。

将颗粒投入测试

科学家用若干成像和表面分析手段确认了新涂层的存在以及内部孔道仍可透入。随后他们测试了 APTES‑DE 去除两种广泛检测到的 PFAS（PFOS——长链氟化链；PFBS——较短链）的能力。在搅拌批量实验中，在优化条件下，颗粒对 PFOS 的去除率达约 92%，对 PFBS 达约 90%。数据表明，PFAS 在不规则表面上形成了多层吸附，而非单一均匀的涂层，这与每个颗粒上强、弱结合位点分布不均的“斑驳”景观一致。

去除过程如何起作用

通过改变接触时间、浓度、水的酸碱度和流动条件，团队解析出 PFAS 捕获的主要驱动力。在微酸性到中性 pH 下，颗粒表面的氮基带正电，通过静电吸引拉拢带负电的 PFAS 头部。与此同时，PFAS 的疏水荧化尾巴被颗粒表面相对不那么亲水的微环境所吸引，增加了疏水“粘附”效应。PFAS 与硅表面基团之间的氢键进一步稳定了这种结合。综合这些力，尤其对链较长的 PFAS，形成了更强、更协同的吸附，因为它们提供了更大的疏水表面积以附着于颗粒。

从实验烧杯到流动柱床

鉴于实际处理厂使用连续流而非静置罐，研究人员将 APTES‑DE 颗粒装入透明柱中并泵送含 PFAS 的水通过。较高的颗粒床能更长时间截留 PFAS，推迟污染物在出水端出现的时刻并提高总体去除率。较慢的流速也能改善性能，因为它给 PFAS 更多时间到达并与颗粒表面结合。在这些试验中，PFOS 始终比 PFBS 更易吸附且突破时间更晚，强调了链长在实际体系中对捕获效果的影响。

滤料的反复再利用

要在规模上实用，任何滤料都必须能被清洗和再生且不显著丧失容量。在这项研究中，饱和的 APTES‑DE 颗粒用酒精与温和碱性溶液的混合液冲洗，从而松脱并清除吸附的 PFAS。经过五个吸附-再生循环后，颗粒对 PFOS 的去除能力仍保持在原始的 95% 以上，对 PFBS 约为 96%，仅有小幅衰减。这种耐久性，结合高去除效率和以天然丰富材料为起点的特点，表明胺改性硅藻土可能成为去除受污染水体中顽固 PFAS 污染物的实用且更可持续的选择。

引用: Bano, A., Prasad, B., Dave, H. et al. Efficient adsorption of perfluorooctane sulfonate and perfluorobutane sulfonic acid from aqueous solution onto amine-functionalized diatomite granules. Sci Rep 16, 10368 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41388-4

关键词: PFAS 去除, 水净化, 硅藻土, 吸附, 永久性化学物质