利用磁性茶渣活性炭从水溶液中磁分离并预浓缩全氟辛酸

《Journal of Chromatography Open》：Magnetic extraction and preconcentration of perfluorooctanoic acid in aqueous solutions using magnetic tea waste activated carbon

检测水中全氟辛酸的方法及材料研究

　　在当今全球范围内，随着对环境污染物关注的不断加深，研究者们正在积极开发新的分析方法以提高对这些物质的检测效率和准确性。其中，全氟辛酸（Perfluorooctanoic acid, PFOA）作为一种广泛存在的全氟和多氟烷基物质（Per- and polyfluoroalkyl substances, PFAS），因其独特的化学稳定性、优异的表面活性和良好的热稳定性而受到重视。然而，PFOA的这些特性也使其在环境中具有持久性和生物累积性，因此被称作“永远的化学物质”。由于其在水体中的广泛存在，监测PFOA的浓度对于环境治理和公众健康保护至关重要。

为了实现对PFOA的高效检测，本研究开发了一种基于磁性吸附材料的新型分析方法，结合了超高性能液相色谱-电喷雾电离-串联质谱（UHPLC-ESI-MS/MS）技术。这种方法的核心在于使用了一种由茶渣制备的活性炭（Tea waste activated carbon, TWAC）并进一步修饰为磁性纳米复合材料（TWAC-Fe3O4）。这种材料的制备过程充分利用了茶渣这一常见的废弃物，将其转化为一种具有吸附能力的材料，不仅符合可持续发展的理念，还能够有效降低对环境的影响。

该研究通过实验设计方法对多种实验参数进行了优化，包括吸附剂质量、pH值、提取时间、洗脱剂种类、洗脱体积以及洗脱时间等。这些参数的选择和优化是确保提取和富集效率的关键因素。最终，研究者发现，当使用优化后的参数条件时，该方法具有广泛的线性范围（39-5000 ng/L）和较高的相关系数（0.9915），这表明其在检测PFOA方面具有良好的线性响应。同时，该方法的检测限（Limit of Detection, LOD）为11.7 ng/L，而定量限（Limit of Quantification, LOQ）为39.0 ng/L，这说明该方法能够有效检测水样中低浓度的PFOA。

在方法的验证过程中，研究者评估了其重复性和再现性，分别表示为日内和日间相对标准偏差（%RSD）。研究结果显示，日内重复性为2.40%，日间再现性为3.10%，这表明该方法具有较高的重复性和稳定性。此外，通过加入已知浓度的PFOA进行回收实验，研究者观察到回收率在88.2%到98.4%之间，这进一步验证了该方法的准确性和可靠性。值得注意的是，这种磁性吸附材料在使用后可以重复使用多达4次，从而提高了方法的经济性和可持续性。

研究还对吸附机理进行了深入探讨，利用吸附等温线模型（如Langmuir和Freundlich模型）分析了PFOA在TWAC-Fe3O4上的吸附行为。结果表明，该吸附过程更符合Freundlich模型，意味着吸附过程是多层、非均匀的。此外，通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDS）对材料的表面形态和元素组成进行了表征，确认了磁性纳米颗粒的成功修饰和吸附性能的增强。

在实际应用方面，该方法被成功应用于三种河流水样中，显示出良好的适用性。此外，研究还通过多种绿色化学评估工具（如Click Analytical Chemistry Index, CACI；Analytical Greenness Calculator, AGREE；Analytical Greenness Metric for Sample Preparation, AGREEprep；Complex Modified Green Analytical Procedure Index, MoGAPI；Analytical Green Star Area, AGSA；Blue Applicability Grade Index, BAGI）对方法的绿色度进行了评估。结果表明，该方法在环境友好性、成本效益和实际应用性方面表现出色，是一种理想的绿色分析方法。

尽管该方法在多个方面展现出优势，但研究者也指出了其在实际应用中的一些局限性。例如，目前的方法仅适用于单个分析物（PFOA）和两种样品基质（超纯水和废水），未来需要进一步扩展以适应更多PFAS物质和不同的水样类型。此外，该方法目前处于离线模式，缺乏便携性，因此在未来的改进中，研究者认为需要加强自动化和便携性，以提高其在日常分析中的实用性。

综上所述，本研究开发了一种基于磁性吸附材料的高效、环保且实用的PFOA检测方法。通过合理利用废弃物资源，结合先进的色谱-质谱技术，该方法不仅提高了PFOA的检测精度，还符合绿色化学的多个核心原则。这种综合性的方法为环境监测提供了一种可行的解决方案，有助于推动可持续的分析化学技术发展。