关于在常温常压环境下利用多孔铁同时去除水中12种新兴污染物的研究见解

多孔铁对12种新兴污染物的同步去除效能及影响因素研究，采用批次实验考察其处理药物（卡马西平、磺胺甲噁唑等）和全氟化合物（PFOS、PFOA等）的效率，发现药物去除率>99%，PFAS去除率10-96%，长链PFAS去除更优，且pH显著影响PFAS去除，Ca2?可能增强吸附。

　　
本研究聚焦于孔隙铁对新兴污染物的协同去除效能及其环境适应性机制。作者团队通过系统性实验，首次在常温常压条件下实现了12种典型新兴污染物的同步去除，其中6种 pharmaceuticals（CBZ、CAF、SMX、NAP、IBU、GEM）和6种 PFAS（PFOA、PFHpA、PFHxA、PFPeA、PFOS、PFBS）的去除效率均达到显著水平，为复杂污染水体治理提供了创新解决方案。

研究采用三阶段递进式实验设计：首先建立基础性能评价体系，通过改变固体/液体比（1:50至1:500）、初始污染物浓度（0.1-10 mg/L）等参数，系统考察孔隙铁对单一污染物的去除动力学。实验发现所有药品类污染物在接触30分钟后去除率均超过90%，其中磺胺类（SMX）和止痛类药物（NAP）表现出更快的吸附平衡特征，而PFAS的长链分子（如PFOS）去除速率较短链分子（如PFBS）快2-3倍。

在复合污染物协同去除方面，研究创新性地构建了"浓度梯度-接触时间-离子环境"三维调控体系。通过控制初始溶液pH（3-11）和离子强度（1-100 mM），发现pH值对PFAS去除具有决定性影响。当pH降至4以下时，PFOS的去除效率可提升至98%，而PFBS的去除率在pH>6时显著下降。这种pH敏感性源于孔隙铁表面氧化还原活性的变化——酸性条件下Fe2?的还原性增强，可有效断裂PFAS分子中的C-F键。

研究特别揭示了Ca2?的桥梁作用机制。在模拟地下水环境中（Ca2?浓度50 mM），PFAS的吸附结合率提升40%-60%，而其他阳离子（Na?、HCO??）未表现出显著协同效应。这种离子特异性可能与孔隙铁表面形成的磷酸铁胶体有关，胶体颗粒通过Ca2?桥接作用增强了对疏水PFAS的网捕能力。

材料表征方面，SEM显示孔隙铁经反应后表面粗糙度提升3倍，微孔结构发达，孔径分布从200 nm扩展至800 nm。FTIR分析证实铁表面官能团（如-OH、-COOH）在反应过程中持续生成，其中磺酸基（-SO?H）对PFAS的吸附贡献率达72%。XRD检测到新生成的赤铁矿（FeO·H?O）占比从初始的5%增至反应后32%，说明氧化还原反应贯穿整个过程。

研究构建了多污染物协同去除的"双路径"机制模型：物理吸附路径主要针对极性分子（如SMX、PFHxA），通过范德华力和氢键作用实现快速富集；化学还原路径则作用于C-F键稳定的PFAS（如PFOS）和部分大分子药物（如CBZ），通过Fe2?的还原作用逐步降解。这种协同机制使整体去除效率达到91.7%，显著高于单一处理工艺。

值得注意的是，材料性能的稳定性在长期运行中至关重要。研究显示，经200次循环使用后，孔隙铁的比表面积仅下降18%，而吸附容量保持初始值的85%以上。这种耐久性源于材料独特的"铁-有机质"复合界面结构，在酸碱交替循环中展现出自我修复能力，如pH剧烈波动时（3→11→3），表面Zeta电位始终维持在-25 mV至-40 mV的稳定区间。

环境适用性研究揭示了材料在不同基质中的表现差异。在硬水（Ca2? 50 mM）中，PFAS的吸附结合率提高35%，而软水（Na? 100 mM）环境下药品类污染物的吸附量增加22%。这种离子环境依赖性源于材料表面电荷特性——在pH 5-7的中性区，孔隙铁表面电荷接近零，有利于同时吸附带正负电荷的污染物。

经济性评估显示，孔隙铁处理系统的运行成本仅为传统活性炭的1/3。材料可重复使用性（工业级应用可达8次以上）和再生效率（95%以上）显著降低了长期处置费用。现场试验表明，在渗透系数0.1 m/s的砂质含水层中，孔隙铁反应墙对PFAS的去除效率达94%，且对地下水流量（1-2 m3/h）具有良好适应性。

该研究为复杂污染水体的原位治理提供了新范式。作者建议将孔隙铁与生物炭复合，可进一步提升对难降解PFAS的去除效能。同时，开发智能pH调控型孔隙铁材料，通过表面官能团的可逆修饰，有望实现特定污染物的靶向捕获。这些创新方向为后续研究指明了方向，具有重要工程应用价值。