基于氟亲和-离子交换双机制的新型固相萃取材料开发及其对全氟烷基物质(PFAS)的高效选择性富集研究

针对环境中持久性污染物全氟和多氟烷基物质(PFAS)检测难题，奥地利研究团队开发了一种含氟乙烯基咪唑鎓盐共聚物固相萃取(SPE)材料。该材料通过氟-氟相互作用(F–F)与静电吸引双结合机制，实现对短链/长链PFAS的高选择性吸附(动态吸附容量15.2-306 mg g-1)，在复杂水基质中仍保持90.8%-121.6%回收率，且可重复使用5次以上，为环境监测提供新方案。

　　

随着全球范围内对全氟和多氟烷基物质(Per- and polyfluoroalkyl substances, PFAS)的监管日益严格，这类被称为"永久化学品"的环境污染物正面临前所未有的检测挑战。PFAS因其独特的碳-氟键结构具有极强的化学稳定性，广泛应用于防水涂料、消防泡沫等工业产品，但正是这种特性使其在环境和生物体内持久存在。更令人担忧的是，为替代长链PFAS而开发的短链PFAS（碳原子数<7）虽然降低了生物累积性，却表现出更高的水溶性和环境迁移能力，成为"遗憾的替代品"。当前，各国已将饮用水中PFAS限值降至ppt级（万亿分之一），这对分析技术的选择性和灵敏度提出了极高要求。

传统固相萃取材料如弱阴离子交换(WAX)树脂主要依赖静电作用，易受水中常见阴离子干扰，且缺乏PFAS特异性。虽然氟化吸附剂能通过氟-氟相互作用增强选择性，但单纯依赖这种作用的材料往往吸附容量有限。针对这一技术瓶颈，奥地利联邦气候行动、环境与能源部资助项目PFAS-Trap的研究团队创新性地将离子交换与氟亲和双重机制整合于同一聚合物基质，开发出具有突破性性能的固相萃取材料。

研究人员采用紫外光引发聚合技术，以3-(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)-1-乙烯基咪唑鎓氯化物为功能单体，与二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDMA)交联，通过系统优化单体-交联剂比例（1:1至4:1），制备出系列多孔聚合物。通过扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)和氮气吸附-脱附等表征手段证实，2:1比例的聚合物兼具理想孔隙结构（孔径分布10-50 nm）和最高离子交换容量(412.7±22 μeq g^-1)。

关键实验结果显示：在模拟实际水样的竞争吸附实验中，该材料对GenX（全氟-2-甲基-3-氧杂己酸铵）的吸附容量(15.2 mg g^-1)比商用WAX材料(11.8 mg g^-1)高出28.8%，证明氟-氟相互作用的协同效应能有效抵抗Cl^-和二氯芬酸等干扰物的竞争。对四种典型PFAS（PFBA、GenX、PFOA、PFOS）的回收率实验显示，在纯净水基质中回收率达98.8%-121.6%，在污水基质中仍保持90.8%-99.2%的高回收率，相对标准偏差(RSD)均<10%。尤为突出的是，经过5次吸附-解吸循环后性能无显著下降（回收率90.34%-108.0%），而对照WAX材料在第3次循环后性能即下降50%以上。

这项发表于《Journal of Hazardous Materials Letters》的研究开创性地证明：将氟化烷基链与阳离子咪唑鎓基团以共价键形式整合于聚合物骨架，可构建"静电锚定-氟尾捕获"的双重作用位点。这种设计不仅解决了传统材料在复杂基质中选择性不足的问题，其优异的循环稳定性还显著降低了检测成本。该材料对短链PFAS的高效捕获性能尤为可贵，为应对当前"短链PFAS污染浪潮"提供了有力技术武器。研究团队建议后续应开展长期稳定性测试，并通过¹⁹F NMR等先进表征手段深入解析吸附分子机制，为材料优化提供理论指导。这项成果标志着PFAS检测技术向"精准捕获-智能识别"方向迈出了关键一步，对实现联合国可持续发展目标中"清洁饮水和卫生设施"目标具有重要实践意义。