《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Adsorptive removal of PFAS alternatives by pyrolysis-temperature-dependent biochars and activated carbon: Mechanistic insights from surface interactions and XPS depth profiling
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•在所有吸附剂上，F53B的吸附速度均比GenX更快且更强。•PFAS的吸附从极性结合转变为疏水保留。•炭化增强了PFAS替代物的疏水缔合作用。•深度分辨XPS将吸附亲和力与内部持久性联系起来。•活性炭实现了高效的孔扩散和更深的PFAS保留引言全氟和多氟烷基物质（PFAS）由
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在所有吸附剂上，F53B的吸附速度均比GenX更快且更强。
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PFAS的吸附从极性结合转变为疏水保留。
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炭化增强了PFAS替代物的疏水缔合作用。
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深度分辨XPS将吸附亲和力与内部持久性联系起来。
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活性炭实现了高效的孔扩散和更深的PFAS保留
引言
全氟和多氟烷基物质（PFAS）由于其独特的物理化学性质，包括极高的化学稳定性、耐热性和两亲性，表现出极强的环境持久性、生物富集潜力和毒性[1], [2], [3], [4]。鉴于这些特性，全氟辛基磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）及其盐类和相关化合物，分别被列入《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》（POPs）附件B（2009年）和附件A（2019年）[5], [6]。作为对全氟辛酸（PFOA）和全氟辛基磺酸盐（PFOS）监管限制措施的反应，包括六氟环氧丙烷二聚酸（HFPO-DA；GenX）和氯代多氟烷基醚磺酸盐（F53B）在内的PFAS替代物已被开发并越来越多地用作PFOA和PFOS的替代品[7], [8], [9], [10]。然而，GenX和F53B已被证明会引起毒性、肝毒性、生物富集及其他不良生物学效应[11], [12], [13], [14]。因此，2019年GenX被列入欧洲化学品管理局高度关注物质候选清单[15]。荷兰国家公共卫生与环境研究所（RIVM）已为GenX制定了指导值：饮用水为150 ng L?1，地表水为118 ng L?1，鱼类食用量为2.6 μg kg?1[16]。此外，美国环境保护署（EPA）最初为GenX化学品发布了10 ng L?1的饮用水健康咨询水平，并在2024年PFAS国家主要饮用水最终法规中纳入了HFPO-DA/GenX[17]。相比之下，F53B尚未受到监管措施约束，但预计未来其普遍性将增加[13], [14]。
尽管已采取这些监管努力并出现新的担忧，但由于这些PFAS替代物具有独特的拒水拒油特性，而非氟化化合物难以复制[18]，因此它们仍在继续使用。此外，传统的水处理和废水处理方法在去除GenX和F53B方面效果有限。GenX已在工业废水中检出较高浓度，进水浓度据报道高达40,000 ng L?1[7]。此外，Kim等人（2024年）报告称，污水处理厂（WWTP）出水中的GenX浓度经常超过美国环境保护署（EPA）10 ng L?1的饮用水健康咨询水平，单个设施的年排放量可达1,832.7 g[19]。关于F53B，Ruan等人（2015年）报告称，在中国收集的所有市政污泥样品（n = 56）中均检出F53B，中位浓度为1.94 ng g?1[20]。在电镀废水中，F53B的进水浓度范围为65至112 μg L?1，而出水浓度保持在43至78 μg L?1之间，对应的平均去除效率仅为约28%[21]。同样，中国东南部接收工业废水的污水处理厂报告称，处理出水中PFAS浓度高达4,200 ± 270 ng L?1，其中F53B为主要PFAS物种[13]。这些发现表明GenX和F53B在传统处理工艺中具有持久性，并强调了需要更有效技术来从受污染水中去除这些新兴PFAS替代物的必要性。
吸附是去除受污染水中PFAS最实用且可规模化的方法之一。活性炭和其他多孔碳基材料因其高比表面积和发达的孔结构而被广泛使用[13], [22], [23], [24], [25]。生物炭是一种由生物质热解分解得到的碳质物质，最近已被用作去除水溶液中PFAS的有效吸附剂[26], [27], [28], [29]。尽管关于活性炭和生物炭对PFAS吸附的研究日益增多，但仍有一些重要的机理问题未得到解决。大多数研究侧重于传统PFAS，如PFOA和PFOS，而GenX和F53B等新兴替代物的吸附行为仍知之甚少[9]。特别是，控制醚羧酸类和氯代醚磺酸类吸附差异的分子机制尚未得到充分阐明[14]。此外，吸附性能主要根据去除效率进行评估，对PFAS在吸附剂表面和近表面区域的空间分布关注有限[25]。
基于上述视角，本研究旨在：（i）评估GenX和F53B在不同热解温度下制备的*Miscanthus*（芦竹）基生物炭及活性炭上的吸附亲和力和去除行为；（ii）阐明热解温度引起的孔结构和表面化学变化如何影响PFAS特异性吸附和质量传递行为；（iii）基于动力学和热力学分析，确定GenX和F53B的界面传质过程和主要吸附机理；以及（iv）利用X射线光电子能谱（XPS）表面分析和深度剖析，表征吸附态PFAS的依赖性深度分布。本研究为碳质吸附剂的物理化学性质如何调控新兴PFAS替代物的吸附、传输和保留提供了机理见解，从而支持生物质基吸附剂的理性设计，以增强从受污染水中去除PFAS的效果。
章节摘录
化学品
GenX和F53B的原生标准品（分别对应HFPO-DA和9Cl-PF3ONS）购自Wellington Laboratories Inc.，浓度为50 μg mL?1。这些标准品用于配制储备液、批式吸附实验的加标液以及定量分析的校准标准。质量标记内标混合物MPFAC-MXA同样购自Wellington Laboratories Inc.，浓度为2 μg mL?1。该混合物含有13C?-PFOA
GenX和F53B的平衡吸附行为
在293.15 K下，利用水相平衡浓度与固相浓度之间的关系评估了GenX和F53B在BC400、BC700和AC上的平衡吸附等温线（图1 A）。对于这两种PFAS替代物，在所测试的浓度范围内，所有拟合回归均显示出高度线性关系（r2=0.99）。由斜率得出的吸附系数（Kd, L g?1）对两种化合物遵循相同的吸附剂顺序：BC400 < BC700 < AC。对于GenX，吸附系数
结论
本研究表明，GenX和F53B的吸附受PFAS分子结构与碳质吸附剂架构耦联效应的共同控制。热解温度改变了生物炭的表面极性、炭化程度和孔结构，从而改变了不同吸附机制的相对贡献。在BC400上，含氧官能团含量较高且表面极性增加，可能增强了以头部基团为中心的
CRediT作者贡献声明
Minhee Kim：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原稿，可视化，方法论，调查研究，形式化分析，数据管理，概念化。Seunghun Hyun：撰写 – 审阅与编辑，资源提供，方法论，概念化。Junho Han：撰写 – 审阅与编辑，验证，项目管理，方法论，经费获取，概念化。
生成式AI和AI辅助技术在写作过程中的使用声明
在准备本工作期间，作者使用了ChatGPT来支持语言编辑、格式化和投稿前手稿修订。使用该工具后，作者对内容进行了审阅和编辑（如有必要），并对发表文章的内容承担全部责任。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的可能影响本文所报告工作的相互竞争的财务利益或个人关系。
致谢
本研究由大韩民国教育部的韩国国家研究基金会（NRF）资助的中宗科学奖学金（RS-2023-00212731）提供资助。
Minhee Kim|Seunghun Hyun|Junho Han
