新型含氟离子交换聚合物的设计与应用：基于氟-氟相互作用和静电吸引的双重结合机制实现PFAS高效选择性吸附

针对全氟烷基物质(PFAS)环境监测中传统固相萃取材料选择性差、抗干扰能力弱的问题，奥地利联邦气候行动部资助团队开发了含3-(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)-1-乙烯基咪唑氯化物的交联聚合物。该材料通过氟-氟相互作用与静电吸引的协同效应，在复杂基质中实现PFOS/PFOA等物质的动态吸附容量达15.2-306 mg g-1，循环使用5次后回收率仍保持90.34%-108%，为环境样本PFAS分析提供了新型解决方案。

　　

随着全球范围内对全氟烷基物质(PFAS)的监管日益严格，这类"永久性化学物质"的检测技术面临重大挑战。传统弱阴离子交换材料在复杂环境样本中易受无机阴离子干扰，而单纯依赖氟-氟相互作用的吸附剂又存在容量不足的缺陷。如何开发兼具高选择性和高吸附性能的固相萃取材料，成为环境分析领域亟待解决的难题。

奥地利联邦气候行动、环境、能源、交通、创新和技术部资助的PFAS-Trap项目团队在《Journal of Hazardous Materials Advances》发表创新成果。研究人员设计了一系列以3-(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)-1-乙烯基咪唑氯化物为功能单体、乙烯二甲基丙烯酸酯(EDMA)为交联剂的共聚物，通过系统优化单体/交联剂比例，开发出具有双重结合机制的新型吸附材料。

研究采用紫外光引发聚合制备四种不同配比的聚合物，通过扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、氮气物理吸附和热重分析(TGA)进行表征。离子交换容量(IEC)测试筛选出最佳配比材料后，采用托马斯模型计算动态吸附容量，并比较其与商用Oasis? WAX材料在标准溶液和废水基质中的PFAS回收率、抗干扰能力和循环稳定性。

【F-单体与交联剂比例优化】

SEM显示2:1配比聚合物具有最开放的孔隙结构，其412.7±22 μeq g^-1的IEC值显著优于其他比例。FTIR在1234 cm^-1处的C-F特征峰证实氟链成功引入，1717 cm^-1处羰基峰强度变化反映不同配比中交联度的差异。

【动态吸附性能】

在含竞争离子(NaCl/双氯芬酸)体系中，2:1聚合物对GenX的吸附容量(15.2 mg g^-1)比WAX高28%，突破曲线更陡峭，表明氟-氟相互作用增强了选择性。纯水体系中其对PFOA的吸附量达306 mg g^-1，虽低于WAX的504 mg g^-1，但在实际应用中更具优势。

【实际应用性能】

废水加标实验显示所有PFAS回收率在90.8%-99.2%之间，RSD<10%。五次循环使用后性能无衰减，而WAX材料在三次循环后回收率即下降至34.6%-51.1%。pH稳定性测试表明该材料在pH 2-11范围内均保持稳定吸附性能。

该研究创新性地将氟化烷基链与阳离子咪唑鎓基团集成于同一聚合物骨架，通过静电吸引捕获PFAS的磺酸/羧酸根，同时通过氟-氟相互作用强化其全氟链的结合。这种协同作用使材料在复杂环境样本中展现出卓越的选择性和稳定性，为PFAS监测提供了可重复使用的固相萃取新方案。研究者建议后续应开展长期稳定性研究，并通过计算化学方法进一步阐明双重结合机制的分子基础。