胍基共价有机框架材料高效萃取环境水体中新型全氟和多氟烷基替代物的研究

为解决短链替代性全氟/多氟烷基化合物(PFASs)在环境水体中痕量检测的难题，研究人员开发了胍基阳离子共价有机框架(TG-BPY COF)吸附剂，通过dSPE-UPLC-MS/MS联用技术实现对PFBA、PFBS等5种替代物0.030–0.044 ng L?1的超敏检测，吸附容量达160.56–232.03 mg g?1，为新型污染物治理提供材料设计范式。

　　

随着全氟和多氟烷基物质(PFASs)在消防泡沫、防水涂料等领域的广泛应用，这类"永久性化学物质"引发的环境健康危机日益严峻。尤其当传统长链PFOS(全氟辛烷磺酸)和PFOA(全氟辛酸)被各国严格限制后，短链替代物如PFBA(全氟丁酸)和6:2 Cl-PFESA(6:2氯化聚氟醚磺酸盐)虽被认为更环保，却被发现同样具有生物累积性和迁移性，甚至在饮用水中以ng/L级浓度存在。然而现有C18、HLB等吸附材料对短链PFASs捕获效率不足50%，且易受水体有机物干扰，这给环境监测带来巨大挑战。

针对这一难题，国内福州大学的研究团队在《Microchemical Journal》发表创新成果，通过一锅法溶剂热合成胍基功能化共价有机框架(TG-BPY COF)，结合分散固相萃取与超高效液相色谱-串联质谱(dSPE-UPLC-MS/MS)，建立了替代性PFASs的高效检测体系。研究采用粉末X射线衍射(PXRD)和氮气吸附-脱附表征材料结构，通过密度泛函理论(DFT)计算揭示吸附机制，并应用实际水样验证方法可靠性。

材料表征揭示独特优势

PXRD显示TG-BPY COF具有18.5 ?孔径的六方晶系结构，比表面积达184.66 m²/g。红外光谱证实胍基阳离子(N⁺)成功修饰，Zeta电位测试显示材料在pH 2-10范围内保持正电性，为静电吸附提供基础。

吸附性能全面突破

对PFBA、PFBS等5种替代物的吸附容量达160.56-232.03 mg g^?1，较传统材料提升3倍。DFT计算表明该过程存在三重机制：18.5 ?孔径产生的尺寸效应、氟碳链与芳环的疏水作用、以及胍基阳离子与PFASs阴离子端基(-COO^?/-SO₃^?)的静电相互作用。

检测方法表现卓越

建立的方法在0.10-500 ng L^?1范围内线性优异(r≥0.9997)，检出限低至0.030 ng L^?1，富集因子达61.4倍。实际湖水/自来水样品加标回收率为78.7%-122.8%，RSD<8.7%，满足EPA对PFASs的严苛检测要求。

该研究不仅为替代性PFASs监测提供可靠方案，更开创了"功能基团定制化"的环境材料设计思路。胍基阳离子与PFASs的特异性结合机制，可延伸至其他带电污染物的吸附去除。团队负责人Zian Lin指出，这种COF材料经过10次循环使用后仍保持90%效率，其合成过程无需金属参与，相比MOFs材料更具环境友好性，为发展绿色治理技术指明方向。