在动态氧化还原条件下，使用新型吸附性有机粘土与胶体活性炭对土壤中的多氟烷基物质（PFAS）进行固定处理，并研究微生物群落的响应

《ACS Omega》：Poly-/Perfluoroalkyl Substance (PFAS) Immobilization Using a Novel Adsorptive Organoclay Compared with Colloidal-Activated Carbon in Soil under Dynamic Redox Conditions and the Response of Microbial Communities

PFAS污染土壤中新型吸附材料AOC与CAC的动态红ox条件下固定效果及微生物响应研究。通过自动微宇宙系统模拟5种红ox窗口（-100至+500 mV），发现CAC因其高比表面积（1352.81 m2/g）和强吸附能力，显著降低溶解态PFAS浓度（最高99.3%），而AOC因释放Cl?导致部分PFAS反溶。微生物分析显示PLFA指标（如MONO/SAT、CY/PRE等）在所有处理中均保持稳定，说明材料对微生物群落无显著毒性。研究证实CAC在动态红ox条件下仍保持高效PFAS固定能力，且具有长效环境修复潜力。

　　PFAS（全氟和多氟烷基物质）污染已成为全球环境治理中的重大挑战之一。这类物质因其高度的稳定性和持久性，广泛应用于工业产品中，例如消防泡沫、纺织品和食品包装材料。由于其对水和土壤的高度亲和性以及难以降解的特性，PFAS的环境行为变得尤为复杂。尽管PFAS通常被认为与氧化还原条件无关，但实际环境中氧化还原变化可以显著改变生物地球化学环境，从而间接影响PFAS的迁移和转化。因此，研究在动态氧化还原条件下PFAS的吸附和固定机制，对于制定有效的环境修复策略至关重要。

本研究重点评估了两种新型土壤改良剂——一种新型吸附性有机黏土（AOC）和一种胶体活化炭（CAC）——在动态氧化还原条件下的PFAS固定效果。研究对象为一种曾经用于军事机场消防训练的PFAS污染土壤，其包含13种PFAS化合物。通过在实验室中模拟环境中的氧化还原波动，研究者发现CAC在所有氧化还原窗口中均显著降低了溶解相中的PFAS浓度，而AOC则表现较弱。研究结果表明，CAC在PFAS固定方面具有更高的效率，这与其更高的比表面积和对PFAS分子的更强吸附能力有关。相比之下，AOC的比表面积较低，其吸附性能受到限制，尤其是在溶解相中存在较高浓度的氯离子时，这可能降低了其对PFAS的吸附能力。

研究还关注了氧化还原条件对土壤微生物群落结构的影响。通过分析磷脂脂肪酸（PLFA）含量，研究者发现两种改良剂对微生物群落的生态毒性影响较小。尽管在某些条件下，如+500 mV时，对照组的PLFA浓度有所下降，但整体而言，AOC和CAC对微生物生物量的影响有限。然而，研究者指出，PLFA的分析仅能反映微生物生物量的变化，而无法全面评估微生物多样性，因此未来的研究仍需进一步探讨这些改良剂对土壤微生物群落结构的潜在影响。

从化学角度来看，土壤和改良剂的物理化学性质在PFAS的固定过程中起到了关键作用。例如，CAC的比表面积远高于AOC，这使其能够更有效地吸附PFAS分子。此外，CAC的疏水性表面更有利于PFAS的吸附，特别是那些具有较长碳链和磺酸基团的化合物。相比之下，AOC虽然含有氯离子，但由于其较低的比表面积，吸附能力有限。研究还发现，某些短链PFAS，如PFBA和PFPeA，在CAC处理后的溶解相中仍然保持较高的浓度，这可能与其分子结构或吸附机制有关。

在实验设计方面，研究者采用了自动化微宇宙系统（MC）来模拟土壤中的氧化还原波动。该系统能够精确控制土壤中的氧化还原电位（Eh），并提供连续的监测数据，包括Eh、pH和温度。通过设置五个不同的氧化还原窗口（从?100到+500 mV），研究者能够更全面地了解PFAS在不同环境条件下的行为。实验中，研究人员还添加了葡萄糖和小麦秸秆作为微生物生长的营养源，以促进微生物群落的活动和变化。

研究结果表明，CAC在PFAS固定方面表现优异，尤其是在高氧化还原条件下。其比表面积和吸附能力使其能够有效降低溶解相中的PFAS浓度，从而减少这些污染物对环境和生态系统的潜在威胁。相比之下，AOC虽然在某些条件下对PFAS的固定有一定效果，但其表现不如CAC。此外，研究还发现，AOC处理后的土壤中氯离子浓度较高，这可能对PFAS的吸附性能产生负面影响。因此，在实际应用中，AOC可能需要进一步优化，以提高其对短链PFAS的吸附能力。

从生态影响的角度来看，研究强调了吸附材料对土壤微生物群落的潜在影响。尽管两种改良剂对微生物生物量的影响较小，但研究者指出，PLFA的分析并不能完全反映微生物多样性。因此，未来的研究应关注这些材料对土壤微生物群落结构和功能的长期影响。此外，研究还提到，土壤中的氧化还原条件可能通过改变溶解有机质（DOM）的组成、矿物溶解或微生物代谢，间接影响PFAS的迁移和转化。因此，理解这些复杂的生物地球化学过程对于评估PFAS污染的长期风险和制定有效的修复策略具有重要意义。

研究的另一重要发现是，某些PFAS化合物，如PFOS和PFOA，在对照组和AOC处理后的溶解相中表现出较高的浓度。这可能与它们的化学结构和吸附特性有关。例如，PFOS具有较强的疏水性，因此更容易被吸附材料捕获。然而，在某些条件下，如高氧化还原电位，PFAS的迁移能力可能增强，从而导致其在溶解相中的浓度升高。这种现象提示我们，在实际环境中，PFAS的迁移行为可能受到多种因素的共同影响，包括氧化还原条件、土壤性质以及吸附材料的性能。

总体而言，本研究为PFAS污染的治理提供了重要的科学依据。通过系统评估两种吸附材料在动态氧化还原条件下的性能，研究者不仅揭示了CAC在PFAS固定方面的优势，还指出了AOC的局限性。此外，研究还强调了氧化还原条件在PFAS迁移和转化中的关键作用，并探讨了吸附材料对土壤微生物群落的影响。这些发现为未来开发更高效的PFAS治理技术提供了新的思路，同时也提醒我们在实际应用中需要综合考虑多种环境因素对PFAS行为的影响。