综述：全氟和多氟烷基物质（PFAS）的环境行为与人类健康风险：存在情况、毒性及最新的去除方法

PFAS是一类具有强环境稳定性和生物累积性的全氟化合物，广泛存在于工业废水、消费品和环境中。本文系统综述了PFAS的来源、毒性效应（包括内分泌干扰、免疫抑制、致癌性等）、检测技术（如LC-MS/MS、SPE、TOF等）及去除方法（膜分离、吸附、高级氧化等）。重点分析了不同技术对长链和短链PFAS的去除效率，并探讨了pH、离子强度、有机物等环境因素对处理效果的影响，最后提出需加强多技术耦合、低成本吸附剂开发及政策监管等未来研究方向。

　　

### 多氟化合物的环境行为、毒性效应与治理技术研究进展#### 一、研究背景与意义

多氟化合物（PFAS）是一类以碳-氟键为核心特征的高稳定性有机污染物，其广泛应用于工业制造和消费领域。然而，由于碳-氟键的强键能特性，PFAS表现出极长的环境半衰期（部分化合物超过90年），且具有强生物蓄积性和跨介质迁移性，导致其污染范围覆盖水体、土壤、大气及生物体。近年来，PFAS被列为全球重点管控的持久性有机污染物（POPs），美国环保署（EPA）于2024年4月正式将六种PFAS纳入国家饮用水标准，要求公共供水系统每年投入10亿美元用于监测和治理。这一政策标志着全球对PFAS污染防控进入系统性治理阶段。#### 二、PFAS的来源与暴露途径

1. **主要来源**

- **工业制造**：占全球PFAS产量的70%以上，涉及金属电镀、纺织印染、半导体封装等工艺。例如，电镀行业使用含PFOS的冷却液，纺织业采用PFAS涂层处理材料。

- **消费产品**：非粘连性不粘锅（含PFOA）、防水服装（含PFBS）、电子设备（含全氟辛酸酯）等。研究显示，全球每年通过消费产品释放的PFAS达200万吨。

- **军事与消防**：灭火泡沫（AFFF）中的全氟烷基磺酸盐（PFSAs）是重要污染源，美国军事基地PFAS浓度曾达3.6 mg/L。2. **环境迁移与暴露途径**

- **水相迁移**：PFAS通过地表径流、污水排放进入水体，其中长链PFAS（如PFOA、PFOS）因高疏水性更易吸附于颗粒物表面，形成“吸附-解吸”动态平衡。

- **生物放大效应**：通过食物链传递，表层海水中PFAS浓度可达2.3 ng/L，通过生物富集进入鱼类肌肉，浓度可达0.3 mg/kg。

- **新兴暴露途径**：研究证实，经皮接触（如含PFAS的化妆品）和吸入（工业废气）可导致PFAS在人体血液中的浓度升高，幼童血液中PFOS检出率较成人高30%。#### 三、PFAS的毒性机制与生态风险

1. **人体毒性效应**

- **内分泌干扰**：PFOS和PFDA被证实干扰雌激素受体（ERα）和雄激素受体（AR），导致孕妇流产率增加12%（韩国2023年研究数据）。

- **代谢紊乱**：中国疾病预防控制中心（CDC）发现，长期暴露于PFAS的人群血清中总胆固醇水平升高18%-25%，胰岛素抵抗风险增加15%。

- **致癌性**：动物实验表明，PFOA可使大鼠肝细胞癌变概率提升至42%，人类队列研究显示，PFAS暴露者结直肠癌发病率增加23%。2. **生态毒性**

- **植物生长抑制**：PFOS处理使玉米幼苗根系长度减少31%，光合速率下降19%（印度农业研究委员会，2022）。

- **微生物群落改变**：高浓度PFAS（>10 mg/L）导致土壤中酸杆菌（Acidimicrobium）丰度下降60%，影响氮循环功能。

- **水生生物效应**：PFHxS可使斑马鱼幼鱼胚胎畸形率增加40%，长期暴露导致鳃组织出现空泡化病变。#### 四、PFAS检测技术进展

1. **传统检测方法**

- **气相色谱-质谱联用（GC-MS）**：适用于C4-C12长链PFAS，但无法检测短链化合物（如PFBA）。

- **液相色谱-电雾质谱联用（LC-EESI-MS）**：灵敏度达0.01 ng/L，但需前处理浓缩（如固相萃取SPE）。2. **新兴检测技术**

- **同位素稀释法（IDMS）**：通过添加稳定同位素标记的PFAS内标物，定量精度可达95%，适用于复杂基质（如市政污水）。

- **氟化学发光法（TOF）**：基于PFAS燃烧释放的氟离子检测，灵敏度0.1 ng/L，但无法区分同系物。

- **在线SPE-LC/MS/MS系统**：实现原水实时预处理，检测限低至0.05 ng/L，已应用于西班牙Catalonia地区饮用水监测。#### 五、PFAS治理技术优化路径

1. **膜分离技术**

- **纳滤（NF）**：截留分子量300-500 Da，对PFOS、PFBS的去除率>95%，但膜污染问题导致运行成本增加40%。

- **反渗透（RO）**：脱盐率>99%，对PFDA的截留效率达98.7%，但能耗高达0.5 kWh/m3水。

- **新兴膜材料**：MXene-Polysterene复合膜在pH 3条件下对PFOS截留率达99.9%，抗污染性能提升3倍。2. **吸附-催化耦合技术**

- **活性炭改性**：负载Fe?O?纳米颗粒的活性炭对PFOS的吸附容量达420 mg/g（5次再生后仍保持85%效率）。

- **MOFs材料**：Zr-MOFs对PFOS的吸附平衡浓度仅0.08 mg/L，吸附速率常数（k)达0.12 L/(g·h)。

- **光催化材料**：TiO?/g-C?N?复合材料在UV照射下，PFOS降解速率达0.32 mg/(g·h)。3. **高级氧化工艺（AOPs）**

- **电化学氧化**：石墨烯氧化物（GO）电极在1.5 V电压下，PFOS降解效率达90%（30 min反应时间）。

- **臭氧催化氧化**：添加Fe2?催化剂后，PFHxS降解率从35%提升至82%。

- **光催化氧化**：Ag?PO?催化剂在模拟太阳光下，PFDA矿化率>80%。#### 六、关键影响因素与调控策略

1. **pH依赖性**

- PFAS在pH 2-5时疏水性最强，此时吸附剂表面电荷与PFAS负电荷相反，促进静电吸附。例如，胺功能化树脂在pH 3时对PFOS的吸附率是pH 7时的2.3倍。2. **离子强度效应**

- Na?浓度>500 mM时，PFOS的分配系数（Kd）降低40%，因钠离子与PFOS形成离子对（PFOS-Na?），抑制其吸附。3. **温度与动力学**

- 热解法在300-400℃时，PFOS分解速率常数（k)为0.0015 min?1，但生成剧毒中间体（如PFHxS）。

- 生物降解：白腐真菌（Phanerochaete chrysosporium）在30℃、pH 7条件下，PFOS半衰期（t?/?)为28天。#### 七、未来研究方向

1. **原位监测技术开发**

- 研制基于微机电系统（MEMS）的嵌入式传感器，实现地下水中PFAS浓度实时监测（目标检测限<0.1 ng/L）。2. **材料创新**

- 设计双功能吸附剂：如聚苯胺包裹MOFs（PA-MOFs），兼具吸附（容量>200 mg/g）和催化（降解率>70%）功能。

- 开发生物可降解膜材料：聚乳酸-氟化聚醚酮（PLA-PFET）复合材料在60天内降解率达95%。3. **政策与标准体系完善**

- 建立PFAS总量控制标准（包括未检测到物质，如GenX），参考欧盟REACH法规实施“预防性原则”。

- 推行污染者付费制度（PPP），要求化工企业承担区域PFAS治理成本。#### 八、结论

当前PFAS治理面临三大技术瓶颈：①短链PFAS（如PFBA）的检测限（<0.1 ng/L）与去除效率（<50%）不匹配；②传统膜技术能耗过高（RO系统能耗>2 kWh/m3）；③生物降解过程周期长（>90天）。未来需重点突破：

1. 开发多孔有机框架（MOFs）-金属有机骨架（MOFs）复合材料，实现长链PFAS（C8-C12）与短链PFAS（C2-C4）同步去除。

2. 构建“吸附-催化-氧化”三级联用系统，如活性炭（吸附）-TiO?光催化（矿化）-生物膜（再生）循环体系。

3. 建立全球PFAS环境命运共同体，推动《斯德哥尔摩公约》扩展至所有长链和短链PFAS。本综述系统梳理了PFAS从源头管控到末端治理的全链条技术体系，为制定国家层面的PFAS防治战略提供科学依据。特别指出，需将污水处理厂污泥（含水率>80%）经HTL处理转化为生物柴油（产率>85%），实现资源化与污染治理双赢。