新型蛋白基固定化技术对PFAS污染土壤的修复机制及环境应用研究

为解决全氟和多氟烷基物质(PFAS)污染土壤修复成本高、传统吸附剂(如GAC)价格昂贵的问题，美国环保署研究团队创新性地评估了血粉(BM)、屠宰场蛋白废料(SHW)等天然蛋白基吸附剂对6种典型PFAS(PFOA、PFOS等)的固定化效果。研究发现血粉与水泥联用可在10-20天内实现与GAC相当的PFAS固定率(最高98.9%)，为低成本土壤修复提供了新策略。

　　

全氟和多氟烷基物质(PFAS)被称为"永久化学品"，因其在环境和人体中的持久性及毒性备受关注。这类物质广泛应用于消防泡沫、防水涂料等工业产品，但会通过食物链在人体肝脏、肾脏等器官富集，与多种疾病相关。传统修复技术依赖价格昂贵的颗粒活性炭(GAC)，每吨成本高达数千美元，而全球PFAS污染场地修复需求持续增长，亟需开发经济高效的替代方案。美国环境保护署(EPA)的研究人员注意到PFAS与血液蛋白的天然结合特性，创新性地将农业副产品——血粉转化为环境修复材料。

研究团队采用液质联用(LC-MS/MS)技术分析了28种PFAS化合物，通过Freundlich吸附等温线模型评估了血粉、屠宰场废料等蛋白基材料对C4-C9链长PFAS的吸附动力学。采用改良合成降水浸出程序(SPLP)模拟酸雨条件，对比了单独吸附与水泥固化联用的效果。关键样本来自实际AFFF污染场地土壤，通过28天养护实验验证长期稳定性。

3.1节生物组分分析显示，血粉(BM1)蛋白含量高达91.6%，显著高于其他材料。图1显示所有吸附剂本底PFAS含量均低于0.128 μg/g，满足修复材料要求。3.2.1节非缓冲条件下的吸附动力学表明，血粉对长链PFAS的吸附系数(K_F)达3.2 log[(μg/kg)(μg/L)ⁿ]，接近GAC水平(3.7)。图6证实蛋白-PFAS复合物在pH11的碱性环境中仍保持稳定，这与水泥固化工艺兼容。

3.3.2节土壤固定化实验取得突破性发现：单独使用4%血粉时，15种PFAS浸出量降低1.9-74%，但7种短链物质出现反增现象；而配合15%水泥固化后，21种PFAS浸出减少42.3-98.9%（图10）。表6数据显示，PFOS浸出浓度从369,666.67 ng/L降至22,300 ng/L，固定率达94%，与GAC处理效果相当。值得注意的是，血粉-水泥混合物需在10-20天内完成固化，否则性能下降。

这项研究首次系统论证了农业副产品在PFAS修复中的巨大潜力。血粉作为廉价肥料（价格仅为GAC的1/4），通过结合水泥固化工艺，可实现与商业吸附剂相当的修复效果。图8的等温线模型揭示了蛋白材料对长链PFAS的优先吸附规律，为设计选择性吸附剂提供理论依据。研究同时指出，未来需开展中试验证，并采用LEAF方法完善浸出评估。该技术若推广应用，不仅可降低90%以上的修复成本，还能实现屠宰废弃物的资源化利用，对应对全球PFAS污染危机具有重要战略意义。