使用胶囊过滤器进行的大容量过滤能否减少全氟和多氟烷基物质（PFAS）的吸附损失？

《ACS ES&T Water》：Can Large-Volume Filtration Using Capsule Filters Reduce the Sorption Loss of Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS)?

PFAS吸附损失通过大体积过滤胶囊滤膜可显著降低，玻璃纤维（GF）膜效果最佳（<10%损失），PP和PES次之，尼龙和PVDF损失较高。海水因高盐度和pH值加剧了长链PFAS和前体的吸附损失，而纯水中GF膜表现稳定且未改变同分异构体组成。研究证实GF膜可有效减少多种PFAS的吸附损失，提升潮汐及沿海水域PFAS相分研究的准确性。

　　在水环境中，全氟和多氟烷基物质（PFAS）的吸附损失一直是影响研究其溶解相与颗粒相分配的重要问题。这些合成化学品因其高度稳定性和持久性，成为新兴污染物，广泛存在于自然水体、沉积物以及生物体内。由于PFAS在自然环境中的广泛存在，研究其在不同环境介质中的迁移、转化及分布变得尤为重要。然而，传统的水样过滤方法常常导致PFAS的显著吸附损失，从而影响研究结果的准确性。为了应对这一挑战，本研究探讨了使用大体积过滤技术结合胶囊滤膜的方法，以减少PFAS在过滤过程中的吸附损失。通过评估六种不同膜材料（聚丙烯PP、聚醚砜PES、尼龙、聚偏氟乙烯PVDF、聚四氟乙烯PTFE和玻璃纤维GF）对40种PFAS的吸附损失情况，研究结果揭示了GF膜在减少PFAS吸附损失方面的卓越表现。

PFAS是一类包含超过10,000种氟化化合物的庞大化学家族，其特性决定了它们在自然环境中具有极强的持久性和生物累积性。由于这些化合物难以降解，它们能够在水体中长期存在，并可能通过食物链传递至生物体内，进而对生态系统和人类健康构成潜在威胁。因此，准确测定水环境中PFAS的溶解相和颗粒相浓度对于理解其环境行为和风险评估至关重要。然而，传统过滤方法中，PFAS的吸附损失问题长期存在，尤其是在低浓度和高盐度的水体中，这种损失更为显著。为了更准确地反映PFAS的真实分布，本研究采用大体积过滤技术，并结合胶囊滤膜，以降低这种吸附损失。

研究团队选择了六种常见的膜材料，分别测试了40种PFAS在纯水和海水中的吸附损失情况。实验结果显示，这些膜材料在吸附损失方面表现各异，其中GF膜的吸附损失最低，大多数PFAS的吸附损失均低于10%。而尼龙膜的吸附损失则最高，某些PFAS如PFOA的吸附损失甚至高达60%。这种差异主要归因于膜材料的化学性质、表面电荷、以及PFAS分子结构等因素。例如，尼龙膜具有较强的正电荷，容易与带负电荷的PFAS分子发生静电相互作用，从而导致较高的吸附损失。相比之下，GF膜和PP膜表面电荷较弱，能够减少PFAS的吸附，提高其在过滤后水中的保留率。

在纯水中，PFAS的吸附损失主要受到膜材料表面性质的影响，而海水中的高盐度和pH值则进一步加剧了这一问题。海水中的高离子强度可能会导致PFAS分子与膜材料之间的静电相互作用减弱，从而促进其吸附。此外，海水中的高盐度还可能通过“盐析效应”（salting-out effect）降低PFAS的溶解度，使其更容易与膜材料发生相互作用。例如，某些长链PFAS（如PFOS）在海水中表现出更高的吸附损失，这可能与它们的高疏水性以及海水中丰富的二价阳离子（如钙和镁）有关，这些阳离子可以作为“桥接剂”促进PFAS与膜材料之间的结合。相比之下，某些短链PFAS（如PFOSA）在海水中表现出较低的吸附损失，这可能与其pH值相关的离子化状态有关。PFOSA的pKa值为6.24，表明其在海水中（pH约为8.2）主要以离子形式存在，从而减少与膜材料之间的静电吸引作用。

为了进一步探讨不同膜材料对PFAS吸附损失的影响，研究团队还测试了11种具有代表性的PFAS在纯水和海水中的表现。实验结果表明，GF膜在纯水中表现出最低的吸附损失，而PES膜和PP膜也具有相对较好的性能。相比之下，PTFE和PVDF膜的吸附损失较高，尤其是对于长链PFAS。此外，某些PFAS如FOSA和FOSE在海水中表现出更高的吸附损失，这可能与它们的分子结构和疏水性有关。然而，PFOSA在海水中表现出较低的吸附损失，这可能与其在高pH条件下的离子化状态有关，从而减少了与膜材料之间的相互作用。

研究还发现，膜材料的表面性质在PFAS吸附过程中起着关键作用。例如，GF膜和PP膜表面电荷较弱，能够减少PFAS的吸附，从而提高其在过滤后水中的保留率。而尼龙膜和PTFE膜则表现出较强的吸附能力，这可能与其表面电荷和化学性质有关。此外，研究团队还注意到，某些PFAS（如PFHxS）在不同膜材料上表现出不同的吸附行为，这可能与它们的分子结构和极性有关。例如，长链PFAS更容易与膜材料发生相互作用，从而导致较高的吸附损失。

在实际应用中，使用GF膜进行大体积过滤可以有效减少PFAS的吸附损失，提高其在水样中的保留率。这种方法特别适用于含有大量悬浮颗粒的水体，如河口和沿海地区。这些地区的水体通常具有较高的浊度和复杂的化学成分，使得传统过滤方法难以准确测定PFAS的溶解相浓度。通过使用GF膜，可以更有效地去除悬浮颗粒，同时减少PFAS的吸附损失，从而获得更准确的溶解相浓度数据。此外，GF膜的使用还能够避免PFAS在过滤过程中发生结构变化，保持其原有的化学特性，这对于研究PFAS的同分异构体分布尤为重要。

研究还强调了水体化学成分对PFAS吸附损失的影响。例如，溶解性有机质（DOM）在某些情况下可以降低PFAS的吸附损失，通过竞争吸附或与PFAS发生相互作用，从而减少其在膜材料上的结合。然而，在本研究中，由于海水中的DOM浓度较低，其对PFAS吸附损失的影响较为有限。因此，实验结果主要归因于海水中的高离子强度和pH值，而非DOM的浓度。这表明，在高离子强度的水体中，PFAS的吸附损失可能更多地受到离子强度和pH值的影响，而非DOM的存在。

综上所述，本研究通过使用大体积过滤技术和GF膜，有效减少了PFAS在过滤过程中的吸附损失，提高了其在水样中的保留率。这种方法对于研究PFAS在复杂水体中的分布和迁移具有重要意义，尤其是在河口和沿海水域。此外，研究还揭示了水体化学成分（如离子强度和pH值）对PFAS吸附损失的影响，为未来研究提供了重要的参考。未来的研究可以进一步探讨不同膜材料、过滤条件以及水体成分对PFAS吸附损失的综合影响，以优化采样方法并提高研究的准确性。