《Journal of Hazardous Materials》：Shea-derived cationic surfactants are effective and low-toxicity alternative co-surfactants for foam fractionation of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS)
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本研究针对全氟和多氟烷基物质(PFAS)泡沫分离技术中传统助剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)存在高毒性问题，创新性地开发了源自乳木果的阳离子表面活性剂SBATC。研究表明，SBATC在合成和受污染地下水中对长短链PFAS均表现出快速去除能力，且泡沫富集效果优于CTAB。细胞毒性实验证实SBATC对人肠道和斑马鱼肝细胞系的毒性显著低于石油基表面活性剂，为PFAS治理提供了更可持续的低毒解决方案。
在当今环境治理领域，全氟和多氟烷基物质(PFAS)的去除正面临严峻挑战。这些被誉为"永久化学品"的物质自20世纪中叶问世以来，因其出色的防粘性和防水性被广泛应用于消费品和工业生产中。然而，正是其稳定的碳氟键结构导致其在环境中难以降解，如今已成为遍布全球水体、土壤和生物链的持久性污染物。更令人担忧的是，研究表明PFAS暴露与内分泌干扰、糖尿病及多种癌症等健康风险密切相关。
面对这一环境顽疾，泡沫分离技术因其成本效益优势脱颖而出。该技术巧妙利用PFAS的表面活性特性，通过气泡将其富集至气水界面并形成泡沫层进行分离。但问题在于，短链PFAS在气水界面的吸附能力较弱，且单纯曝气难以形成稳定泡沫。目前广泛使用的助剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)虽能有效提升去除效率，但其高水生毒性又带来了二次污染风险。这种"治理污染却产生新污染"的困境，促使布朗大学研究团队寻求更可持续的解决方案。
在《Journal of Hazardous Materials》发表的最新研究中，科研人员将目光投向天然植物资源。团队在前期工作中已发现乳木果衍生的两性离子表面活性剂SBAB可作为低毒替代品，但需调节pH值且处理时间较长。为此，他们进一步筛选出乳木果衍生的阳离子表面活性剂SBATC，系统评估其在PFAS泡沫分离中的性能与生物安全性。
研究采用多学科交叉方法：通过表面张力测定分析界面行为，实验室规模泡沫分离装置评估PFAS去除动力学，并创新性地运用人源肠道细胞(Caco-2)和斑马鱼肝细胞(ZFL)模型，通过CCK-8、LDH释放、alamarBlue?/CFDA-AM等毒性检测技术，对比石油基与生物基表面活性剂的细胞毒性。所有实验均在模拟地下水基质和实际受污染地下水样中进行验证。
表面活性剂链长对PFAS去除的影响机制方面，研究人员揭示了有趣的现象。相较于CTAB的C16链长，乳木果主要脂肪酸成分为C18的硬脂酸和油酸，而更长链的山嵛基三甲基氯化铵(BHC, C22)虽表现出更强的表面张力降低能力，但其过低临界胶束浓度导致与疏水性较强的PFOS形成混合胶束，反而降低去除效率。SBATC的C18链长展现出最佳平衡点，既保证界面吸附效率，又避免过度疏水带来的不利影响。
在真实污染场景验证中，SBATC表现出卓越适应性。对来自军事基地的AFFF污染地下水处理显示，SBATC在20分钟内实现11种PFAS的完全去除，且产生的泡沫体积较CTAB减少40%，显著提升富集因子。剂量优化实验发现0.5 mg/min的投加速率最佳，过高速率会导致表面活性剂分子竞争气水界面吸附位点，而过低速率则影响离子配对效率。
毒性评估结果尤为引人注目。在人类肠道细胞模型中，10 mg/L的CTAB和CTAC使细胞活性降至极低水平，而SBATC仅在最高浓度(10 mg/L)才表现出毒性效应，SBAB在所有测试浓度均保持安全。斑马鱼肝细胞实验进一步证实，SBAB未表现毒性，SBATC的毒性阈值显著高于传统表面活性剂。特别值得注意的是，CTAC在低至1.25 mg/L时即对水生细胞产生明显毒害，凸显石油基表面活性剂的潜在环境风险。
该研究首次系统论证乳木果衍生阳离子表面活性剂在PFAS治理中的应用潜力。SBATC不仅保持与传统助剂相当的去除效率，更在泡沫富集和体积缩减方面表现更优，同时大幅降低生态风险。这种"源于自然，回归自然"的治理策略，为PFAS污染防控提供了新思路。未来研究可深入探讨SBATC在不同水质条件下的长期稳定性，以及其降解产物的环境行为，推动这一绿色技术从实验室走向实际工程应用。
从更广阔视角看，这项工作体现了环境工程与绿色化学的深度融合。通过巧妙利用植物天然分子的结构特性，在分子水平设计兼具高效性和环境兼容性的功能材料，或许正是解决复杂污染问题的关键所在。随着人们对可持续性发展的日益重视，这种基于天然产物的绿色替代方案，有望在更多环境治理场景中发挥重要作用。
