新型氧化石墨烯空心微球吸附剂高效萃取环境水样中全氟烷基物质的研究

为解决环境水体中痕量全氟烷基物质(PFAS)检测难题，枣庄大学团队开发了基于自组装策略制备的新型氧化石墨烯空心微球(GO-HMs)吸附剂，结合分散固相萃取(d-SPE)与超高效液相色谱-串联质谱(UHPLC-MS/MS)技术，实现对6种PFAS的高效富集检测。该方法线性范围达0.1-2000 ng·L?1，检测限低至0.03-0.3 ng·L?1，加标回收率73.6%-108.2%，为复杂样品中痕量污染物监测提供了新方案。

　　

全氟烷基物质（PFAS）作为一类具有高度化学稳定性和生物蓄积性的新兴污染物，已被列入《斯德哥尔摩公约》管控的持久性有机污染物名录。这类广泛应用于工业和消费品领域的化合物，因其在环境中难以降解且可通过食物链富集，对人类肝脏、免疫系统和发育功能构成潜在威胁。尤其在水环境中，即使极低浓度的PFAS也可能通过长期暴露产生健康风险。然而，传统检测技术面临两大挑战：一是环境水体中PFAS浓度常处于ng/L级（相当于一游泳池水中溶解一粒盐的浓度），二是复杂基质干扰导致回收率不稳定。

针对这一技术瓶颈，枣庄大学Xin-Li Song团队在《Microchemical Journal》发表研究，创新性地将氧化石墨烯(GO)的强吸附特性与空心微球结构相结合，开发出具有三维多孔结构的氧化石墨烯空心微球(GO-HMs)。通过胶体模板自组装和溶剂蚀刻技术构建的该材料，其比表面积达传统GO材料的3倍以上，为PFAS分子提供了大量结合位点。研究团队采用三步关键技术：首先通过层层自组装(LbL)在聚苯乙烯(PS)模板表面构建GO/聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)复合壳层；继而用四氢呋喃(THF)选择性蚀刻去除内核PS形成中空结构；最终将GO-HMs作为d-SPE吸附剂与UHPLC-MS/MS联用，建立了一套完整的分析方法体系。

【Characterization of GO-HMs】
扫描电镜(SEM)显示GO-HMs保持完好的球形形貌，直径约5μm，表面呈现典型GO片层的褶皱结构。傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实材料成功保留了GO的羧基(-COOH)和羟基(-OH)等活性基团，这些基团可通过氢键和静电作用与PFAS分子结合。

【Optimization of extraction conditions】
通过系统优化发现：在pH=3的酸性条件下，PFAS分子主要以电中性形态存在，与GO-HMs的π-π堆积作用最强；当加入5% NaCl时，盐析效应使PFAS的萃取效率提升20%；最佳吸附时间为30分钟，此时6种PFAS的吸附平衡率均超过95%。

【Analytical performance】
方法验证显示：对全氟庚酸(PFHpA)、全氟己烷磺酸(PFHxS)、全氟辛酸(PFOA)、全氟壬酸(PFNA)、全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟癸酸(PFDA)的检测限突破至0.03-0.3 ng·L^?1，较常规SPE方法降低1个数量级。实际水样加标实验中，河水与污水处理厂出水样的回收率分别为82.4%-105.7%和73.6%-98.3%，相对标准偏差(RSD)控制在8.51%以内。

【Adsorption mechanism】
研究表明GO-HMs对PFAS的吸附包含三重机制：中空结构的毛细管效应实现物理富集；GO片层的疏水区域通过氟-碳相互作用捕获PFAS长链；表面含氧官能团则与PFAS的羧基/磺酸基形成氢键网络。这种"三位一体"的作用模式使材料对PFOS的吸附容量达到48.7 mg·g^?1，是普通GO的2.3倍。

该研究的突破性在于：首次将GO三维空心结构应用于PFAS检测领域，解决了传统GO材料易堆叠、活性位点暴露不足的缺陷。所建立的GO-HMs/d-SPE方法操作简便，单次处理成本不足传统方法的1/5，特别适合大规模环境监测。课题组已就该技术申请发明专利，并与地方环保部门合作开展饮用水源地PFAS筛查，为《新污染物治理行动方案》的实施提供了关键技术支撑。未来通过调控微球孔径和表面化学性质，该平台技术有望拓展至更多持久性有机污染物的监测领域。