# 微气泡泡沫分馏法去除饮用水和半导体废水中的PFAS ## 中文标题翻译 **微气泡泡沫分馏法从饮用水和半导体废水中去除PFAS** ## 术语说明 - **PFAS**：全氟和多氟烷基物质，是一类持久性有机污染物 - **Microbubble Foam Fractionation**：微气泡泡沫分馏，一种高效的污染物分离技术 - **Semiconductor Wastewater**：半导体制造过程中产生的工业废水 ## 翻译要点 该标题准确传达了原文的技术内容和研究重点，符合中文学术文献的命名规范，同时保留了关键专业术语的完整性

《Journal of Hazardous Materials》：PFAS Removal from Drinking Water and Semiconductor Wastewater by Microbubble Foam Fractionation

　　

• •
  微气泡泡沫分馏的去除效果取决于水基质组成。
• •
  在亚μg/L浓度下，PFBS在半导体废水中的去除率可达90%。
• •
  添加NH?Cl可增强模拟半导体工艺废水中PFAS的去除效果。
• •
  添加絮凝剂可提高饮用水源水中PFAS的去除率。
• •
  UV/亚硫酸盐处理可去除模型浓缩液中PFOA、PFOS和PFHxS母体化合物。

引言

全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一类高度持久的人造化学品，对环境降解具有极强的抗性，因此被广泛称为"永久化学品"[1]。其卓越的表面活性剂特性、化学稳定性和热降解抗性使其在水成膜泡沫、防水防油涂层、食品包装、纺织品、纸制品以及众多工业过程中得到广泛应用。由于其持久性、广泛使用和环境中流动性，PFAS已成为全球关注的污染物，越来越多的证据表明人体暴露与肝毒性、免疫毒性、内分泌干扰、致癌性及其他不良健康效应相关[2]、[3]、[4]。这些担忧促使全球各地的饮用水法规日益严格。例如，2024年美国环境保护署（EPA）根据《安全饮用水法》将PFOA和PFOS的最大污染物限值（MCLs）设定为0.004 μg/L，PFHxS设定为0.010 μg/L，凸显了对高效处理技术的需求[5]。因此，开发实用的、可扩展的、具有成本效益的技术，以高效分离PFAS，特别是从复杂的水基质中分离，已成为紧迫的环境优先事项。

高级氧化工艺（AOPs），特别是基于臭氧和羟基自由基的系统，通常对PFAS的破坏无效，因为碳-氟（C-F）键具有极高的稳定性（约530 kJ/mol）[6]。因此，各种破坏性技术，包括热化学、光化学、电化学和声化学工艺，已被用于研究PFAS的矿化[7]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]。尽管这些技术在优化条件下可达到较高的破坏效率，但其实际应用通常受到高能耗、复杂的操作要求和较高的处理成本的限制，尤其是在处理大量稀的PFAS污染水时。因此，将高效的PFAS分离与后续破坏性处理相结合，已成为一种日益有吸引力的策略，以最小化处理体积、降低能耗并提高PFAS修复的整体可持续性。

在现有的PFAS分离技术中，泡沫分馏（FF）已成为处理大量稀的PFAS污染水的一种有前景的方法[17]、[18]、[19]、[20]。FF利用PFAS的两亲性，通过在上升微气泡的气-液界面富集分子，使其选择性地转移到小体积的泡沫液中。由于该过程仅需注入空气而无需化学试剂，FF具有操作简单、能耗低和二次废物产生少的特点，使其特别适合对饮用水源水和工业废水进行连续处理。FF并非直接破坏PFAS，而是作为一种高效的浓缩过程，大幅减少需要后续破坏性处理的体积，从而提高PFAS修复的整体经济可行性。然而，FF的分离效率仍高度依赖于水基质特性，包括天然有机物、离子强度和界面性质，这些因素决定了PFAS在气-液界面的富集程度。

与传统的PFAS分离技术（包括颗粒活性炭（GAC）、离子交换（IX）和膜过滤）相比，FF不需要更换吸附剂、再生或与废处理介质相关的浓缩液处置[21]、[22]、[23]。相反，PFAS被选择性地富集到小体积的泡沫液中，从而大幅减少需要后续破坏性处理的体积。这些操作优势使FF特别适合作为大规模饮用水和工业废水处理技术的预处理技术。

因此，本研究通过实验室实验、界面表征以及使用饮用水源水和半导体废水的评价，系统地研究了水基质化学对微气泡泡沫分馏过程中PFAS富集和去除的影响。特别关注了PFAS浓度、天然有机物（NOM）、离子强度（如添加NH?Cl）、表面张力和絮凝剂添加（FeCl?和聚合氯化铝，PAC）对分离性能的影响。使用具有不同PFAS浓度和水质特征的天然水进行的实验用于检验基质依赖性分离行为的解释。还研究了UV/亚硫酸盐对模型PFAS浓缩液的处理，以评估将泡沫分馏与后续PFAS破坏步骤结合的可能性。此外，还对不同规模的泡沫分馏器进行了评价，以检验放大潜力并估算FF的能耗需求及相关电力成本，为进一步的工艺开发提供依据。

章节摘要

材料

全氟辛酸（PFOA，C?F??COOH，96%）、全氟辛烷磺酸（PFOS，40%水溶液）、全氟己烷磺酸（PFHxS，C?F??SO?H，98%）和全氟丁烷磺酸（PFBS，97%）购自Sigma-Aldrich（美国）。全氟庚酸（PFHpA，C?F??COOH，98%）、全氟戊酸（PFPeA，C?F?COOH，97%）、全氟丁酸（PFBA，C?F?COOH，99%）和甲酸购自Alfa Aesar（美国）。全氟己酸（PFHxA，C?F??COOH，97%）和亚硫酸钠

初始PFAS浓度对微气泡泡沫分馏的影响

在初步的FF测试中，最初评估了纳米气泡，因为它们可能具有高气-液界面面积。然而，在本反应器构型下，纳米气泡未能产生足够的上升气泡积累和溢出，无法实现PFAS富集泡沫液的连续收集。因此，后续实验选择了微气泡，因为它们提供了有效泡沫液收集所需的上升传输和气-液积累。

结论

微气泡泡沫分馏在作为饮用水源水和半导体废水中PFAS浓缩预处理方面显示出潜力。在所研究的各基质中，分离性能取决于初始PFAS浓度和水基质组成。添加NH?Cl后去除率的提高以及天然水表现出的对比性表明，电解质和有机物成分可能影响界面分配和泡沫液收集。

的

CRediT作者贡献声明

Shang-Lien Lo：资源、项目管理。Kuo-En Hsu：方法学、正式分析、数据整理。Chih-Jung Yeh：资源、方法学、数据整理。Ching-Yao Hu：撰写——审稿与编辑、资源、概念构思。Szu-Yu Wu：资源、方法学。Yu-Chi Lee：撰写——原稿、验证、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们不存在已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文所报告的工作。

Yu-Chi Lee|Ching-Yao Hu|Chih-Jung Yeh|Szu-Yu Wu|Kuo-En Hsu|Shang-Lien Lo