《Critical Insights in Environmental Science and Technology》:PFAS immobilization in soil: an insight into strategies, mechanisms, and long-term performance
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本综述系统梳理了当前及新兴的含全氟及多氟烷基物质(per- and polyfluoroalkyl substances, PFAS)污染土壤修复技术,重点聚焦固定化技术路径。研究系统分析了不同类型吸附剂对土壤中PFAS的固定效能,阐明了影响固定表现的核心吸附
本综述系统梳理了当前及新兴的含全氟及多氟烷基物质(per- and polyfluoroalkyl substances, PFAS)污染土壤修复技术,重点聚焦固定化技术路径。研究系统分析了不同类型吸附剂对土壤中PFAS的固定效能,阐明了影响固定表现的核心吸附机制,同时归纳了评估PFAS固定效率的常用方法——涵盖多种实验室尺度浸出测试,并结合实际工程案例展示技术的现场适用性。针对PFAS固定领域的关键科学问题“固定化效果的持久性”,综述进一步评估了固定后PFAS的长期行为与稳定性、可变环境条件下再释放的潜在风险,以及当前性能评估标准缺失的现状。通过将固定效能与潜在暴露途径关联,本综述为生态风险评估提供了直接参考依据。最后,研究指出了当前关于固定长期稳定性认知的研究缺口,提出未来应构建稳健的测试框架、开展场地相关条件评估等研究方向,以支撑生态风险评估优化,提升PFAS固定策略的场地适用性与长效性。
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引言
全氟及多氟烷基物质(PFAS)是一类含部分或完全氟化碳链、官能团多样的合成化合物,因化学结构稳定,在环境与生物体内难以降解。这类物质具备低表面张力、优异耐热性与抗化学降解特性,由于长期广泛使用,目前已在全球水体、沉积物、土壤等多介质环境中检出。值得注意的是,部分PFAS在低浓度(μg L?1级)下即表现出毒性,与人类发育延迟、生育力下降、血胆固醇升高、免疫系统影响及癌症风险增加等健康效应相关。
PFAS环境污染来源包括工业排放、消防训练中使用的水成膜泡沫(AFFF)、处理产品的填埋渗滤液、废水处理过程中去除不充分的生物固体土地施用,以及日常消费品使用。工业生产产生的气载排放可将PFAS扩散至大气,进而污染土壤与地下水。一项覆盖全球2500个场地、30000余份污染土壤样本的研究显示,消防训练区与机场周边土壤中部分《斯德哥尔摩公约》管控的PFAS(如全氟辛烷磺酸(PFOS)、全氟辛酸(PFOA))浓度可达μg kg?1至mg kg?1级;典型AFFF中总PFAS浓度约为3000~5000 mg L?1,2010年代后期部分国家已开始禁用该类产品。PFAS污染土壤可作为污染物的长期储库,其中的PFAS可通过淋溶进入地表水与地下水,引发生态风险,因此识别污染场地、通过土壤检测、修复与监管降低环境释放至关重要。
现有PFAS土壤修复技术可分为固定、破坏与分离三大类,多数技术仍处于实验室验证阶段,实现场地应用或商业化的技术较少,且部分技术在降低PFAS生态风险的同时,可能对土壤理化性质或土壤生态产生负面影响。其中,基于碳基吸附剂的PFAS固定化技术因高效、成本低、操作简便,是目前场地应用最广泛的技术路径。固定化指通过改良剂诱导的化学反应或物理截留,将土壤中有害组分原位稳定在土壤基质中,使污染物转化为不溶相,抑制其溶解、迁移与生物吸收。但监管机构、利益相关方与学界普遍关注“固定化效果的长期稳定性”问题:随时间推移,吸附剂性质、土壤与环境条件(pH、盐度、含水率、温度)的变化可能影响固定效果,导致污染物再释放。现有研究多显示固定后短期内PFAS浸出显著降低,但长期有效性仍是核心研究缺口,受限于监测周期长度,相关研究数量有限,亟需无需长周期监测的高效测试工具,同时也需明确固定化对PFAS生态风险的削减效果,以及吸附剂添加对土壤生态的影响。本综述的核心目标是对PFAS土壤固定化研究进行批判性整合,具体包括:概述现有PFAS土壤修复技术并聚焦固定化路径;解析PFAS吸附机制、影响吸附剂效能的关键因素及常用吸附剂类型;评估固定化效能并结合案例分析;识别研究缺口并提出未来方向与预期影响。
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文献范围与来源
本综述采用批判性综述方法整合快速增长的PFAS土壤固定化研究,侧重对处理效能的机制性解读,而非对所有研究的穷尽式系统评价。文献检索于2026年3月1日前完成,以Web of Science与Google Scholar为核心数据库,检索字段覆盖标题与摘要,核心检索词包括土壤、全氟及多氟烷基物质、PFAS、固定化、稳定化、吸附剂、活性炭(AC)、生物炭等,同时针对不同主题补充修复、淋洗、分离、浸出、老化等关键词。文献筛选以与PFAS土壤赋存、处理效能及机制的相关性为依据,同时纳入行业报告(如Concawe 2024报告)与管控导则等灰色文献,以补充技术评估与环境管理实践的相关背景。
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PFAS污染土壤修复技术及固定化的技术定位
不同场地土壤PFAS浓度跨度可达μg kg?1至mg kg?1级,目前全球尚未统一修复启动标准,各地区基于风险的筛选值设定差异化管控目标:澳大利亚《PFAS国家环境管理计划3.0版(PFAS NEMP 3.0)》规定,居民区可接触花园土壤总PFOS与全氟己烷磺酸(PFHxS)浓度需低于0.003 mg kg?1,工业区则为20 mg kg?1;丹麦土壤质量标准规定,无论用地类型,4种PFAS(PFOA、PFOS、全氟壬酸(PFNA)、PFHxS)总浓度限值为0.01 mg kg?1,22种PFAS总浓度限值为0.4 mg kg?1。
PFAS土壤修复技术分为固定、破坏与分离三类,固定常与 immobilization/stabilization互换使用,指通过形成不溶化合物或使PFAS结合于吸附剂实现稳定化。近年PFAS修复研究快速增长,部分技术已实现场地应用,其余仍停留在实验室阶段。除固定化外的其他技术优劣势已有成熟综述覆盖,本文仅做简要总结:部分实验室阶段的修复技术在其他污染物(如重金属)治理中已实现商业化或规模化应用,但针对PFAS的应用仍受限。
吸附剂固定化技术可弥补其他修复技术的局限性,既可单独使用,也可与其他技术集成构建复合修复体系。与其他土壤修复技术相比,固定化可实现污染物原位留存,具备更好的可扩展性,实施成本通常为100~500美元/吨,远低于破坏类技术(如焚烧,约1100~1600美元/吨)与淋洗/分离类技术(约1200~2200美元/吨)。该技术的核心挑战在于PFAS虽以不迁移、化学与生物不可利用形态留存于处理后的土壤中,但污染物未从土壤中去除,因此长期性能是关键考量因素。固定化的局限性还包括土壤pH波动、土壤性质变化或吸附剂性质随时间演变可能导致污染物再释放,尤其对高溶解性的短链PFAS,固定效果更易受影响。因此,需解决长期稳定性验证与可靠性能监测的难题,防范吸附剂本身或PFAS再释放带来的生态风险。本文后续将重点解析调控吸附剂效能的变量(包括吸附剂理化特征、环境参数),并对当代处理效能评估的方法学框架进行批判性评述。
理解上述变量对效能的影响,需首先明确PFAS吸附的核心过程:吸附是污染物在水相与固体改良剂之间的传质过程,由物理与化学亲和力驱动。
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PFAS吸附机制
吸附剂对PFAS的吸附主要包括疏水相互作用、静电结合、氢键、界面半胶束形成、气-水界面吸附、离子交换机制与物理截留。本文重点讨论调控土壤改良剂PFAS结合的两个核心作用:
疏水结合是PFAS在碳基吸附剂上吸附的主要作用之一,即PFAS分子的非极性区域(氟化碳尾)与吸附剂的非极性部分发生相互作用,从而降低PFAS在土壤中的迁移性。作用强度受PFAS化学结构、吸附剂理化性质、土壤pH等因素影响。PFAS的疏水性与其C-F链长度正相关,因此长链PFAS更易通过疏水作用被碳基吸附剂吸附。亲水性高、官能团密度大的吸附剂(如氧化石墨烯)比同基底的疏水性吸附剂(如石墨烯)PFAS吸附量更低:研究显示,全氟己烷磺酸(PFHxS)在氧化石墨烯上的Freundlich常数KF(单位:(μg mg?1)/(μg L?1)n)仅为0.07,而在石墨烯上可达6.45。PFAS在吸附剂上的分配系数Kd随分子中CF2链段长度增加而升高,碳基等疏水性更强的吸附剂比矿物基吸附剂表现出更高的Kd(或log Kd)。
吸附剂的吸附潜力同时受表面化学性质强烈调控。静电相互作用指带相反永久电荷的离子或分子间的吸引作用,发生在PFAS头基与吸附剂官能团之间,作用强度受吸附剂表面官能团与表面电荷、PFAS头基类型、土壤pH等因素影响。静电相互作用对短链PFAS的固定至关重要,因为此类污染物的疏水作用贡献较弱。多数PFAS的pKa极低(pKa<2),即使在酸性条件下也带负电,因此表面带正电的吸附剂固定PFAS的效果更优。酸性条件下吸附剂表面可质子化带正电,碱性条件下去质子化带负电,因此低pH(酸性)有利于短链PFAS在吸附剂上的固定,高pH(碱性)则会因吸附剂负电荷增加产生负面效应。研究显示,碳基吸附剂对短链PFAS的吸附量随pH升高而降低。
其他环境因素也会影响PFAS在吸附剂上的吸附,如溶解性有机碳(DOC)与竞争离子的存在:研究发现DOC可导致胶体活性炭(CAC)处理土壤中PFAS吸附量显著下降、解吸量上升,部分PFAS(如全氟己酸(PFHxA)、PFNA、PFOS)的吸附降幅可达1%~10%至80%~97%,推测源于DOC与PFAS的竞争作用;另有研究表明地下水中总有机碳(TOC)与离子强度会影响注入土壤的CAC的吸附性能。研究证实,腐殖酸浓度升高(50、100、200 mg有机碳/L)或磷酸盐竞争离子浓度升高(3×10?4、3×10?3、3×10?2M)会降低污染土壤中高丰度PFOS的固定效率,但即使存在竞争效应,PFOS的固定效率仍可保持在99%以上。
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影响PFAS固定吸附剂效能的因素
尽管PFAS结构与土壤条件会影响吸附行为,但固定效能根本上由吸附剂理化性质决定:
5.1 比表面积、孔径与孔容
比表面积是决定吸附剂对不同污染物吸附容量的核心参数,可通过Brunauer-Emmett-Teller(BET)气体吸附法或亚甲基蓝溶液法测定。吸附剂比表面积增大可显著提升PFAS吸附量,提供更多活性位点暴露机会,因此比表面积更大的吸附剂对土壤中PFAS的固定效果更好,这也是粉末活性炭(PAC)通常比颗粒活性炭(GAC)表现更优的原因。研究显示,亚甲基蓝比表面积比BET比表面积更能预测土壤中PFAS的固定效果,尤其是长链PFAS,因为亚甲基蓝分子尺寸较大,主要吸附在中孔或大微孔中,表明中孔对长链或高疏水性PFAS的吸附起关键作用,该规律也在其他研究者的实验室柱实验中得到验证。
5.2 粒径
如前所述,更小粒径的吸附剂因比表面积更大而具备更高吸附容量。研究证实,不同粒径的活性炭对土壤中PFAS的吸附容量存在差异,PAC对PFAS的固定效果优于GAC:PAC的log Kd可达5,而GAC仅为4.1。
5.3 表面电荷
吸附剂表面电荷受环境pH调控,进而影响吸附剂与PFAS的带电状态,最终影响吸附效率(主要针对短链PFAS)。研究显示,在全pH范围内保持正电的吸附剂对PFAS固定的效率更高,尤其在土壤与水处理系统中对短链PFAS的去除表现更优。GAC与PAC若在全pH范围内呈净正表面电荷,多数PFAS的log Kd可达5~6,源于更强的静电相互作用;而零电荷点较低、全pH下带负电的GAC/PAC,以及石墨烯基材料(GNBs)、生物炭等,log Kd仅为2~3,与阴离子型PFAS的相互作用较弱。
5.4 碘值
除前述特征外,活性炭还常以碘值表征不饱和度与微孔丰度,多项研究探讨了微孔对水溶液中PFAS吸附(尤其是短链PFAS)的影响。研究显示,碘值是AFFF溶液中短链PFAS在活性炭上吸附的良好指示指标,但对长链PFAS无此相关性。由于碘值反映活性炭的微孔性质,该结果印证了微孔对短链、低疏水性PFAS吸附的重要性。
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用于PFAS土壤固定的吸附剂
活性炭类吸附剂(包括PAC、GAC)是PFAS土壤固定效果最优的材料,优于生物炭、石墨烯、氧化石墨烯等其他碳质材料,得益于其高比表面积、优异孔隙结构与适宜的表面化学性质。研究表明,活性炭在黏土与砂土中均具备长期稳定性,可在不同pH、溶解性有机质含量、盐度等条件下稳定结合PFAS,长期保持高固定效率,吸附以疏水作用为主,可能伴随静电作用贡献,因此对长链PFAS浸出的削减效果尤为突出。污染土壤中添加PAC、GAC、CAC后,PFAS浸出削减率可达90%~99%,长链PFAS的削减幅度最大。对比不同形态的活性炭,PAC因粒径更小、比表面积更高,通常表现出比GAC更强的PFAS吸附容量,但PAC在场地应用时存在粉尘产生、操作难度大、细颗粒碳尘带来生态风险等现实问题。
生物炭也被用于PFAS固定,其比表面积通常远低于活性炭,因此土壤中PFAS固定效率较低,log Kd多在2~3区间;但经深度活化或表面改性的生物炭,log Kd可显著提升,甚至翻倍。石墨烯及其衍生物在实验室尺度的PFAS固定效率显著低于活性炭(<50%)。以树皮、富蛋白废物、壳聚糖、胺改性废物、堆肥、生物固体、废弃物基生物炭为代表的废物基材料,也成为有潜力的固定材料。
RemBind?是已商业化的PFAS固定配方,为含活性炭、铝羟基氧化物、高岭土与其他添加剂的粉状吸附剂,这类“混合模式”吸附剂通过疏水、静电与配体交换的协同作用结合更广谱的PFAS物种。该产品在不同pH、极端温度、高比例有机质与高离子强度等严苛场地条件下的长期稳定性已得到充分验证,土壤PFAS固定效率优异。研究显示,在∑PFAS浓度3.1~32.78 mg kg?1的污染土壤中投加1%~10%(质量分数)的RemBind?,或在∑PFAS浓度0.02~31.7 mg kg?1的土壤中投加5%(质量分数)的RemBind?,均可实现∑PFAS浸出90%~98%的削减,凸显其修复潜力。
除碳基吸附剂外,FLUORO-SORB?、MatCARETM等商用黏土基吸附剂也已用于PFAS固定:研究显示,在PFAS浓度70~138 ng g?1的土壤中,0.5%投加量的FLUORO-SORB?100可实现>92%的PFAS浸出削减,4%投加量下削减率>98%,同时使蚯蚓体内PFAS生物富集降低97%,低浓度下的表现优于GAC;MatCARETM对污染土壤中PFOS的吸附动力学更快,吸附容量(0.093 mmol g?1)高于商用活性炭(0.07 mmol g?1)。沸石、膨润土、水滑石、氯化钙、钙基蒙脱土等黏土基矿物,改性黏土、改性有机黏土等也在实验室尺度得到测试,但这些材料的固定增效并未显著超过单一黏结剂本身的固定效果。综合已发表数据,PAC与RemBind?的固定效率优于其他吸附剂。
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评估PFAS固定效能的策略
浸出指污染物或化学物质从固体向相邻或渗滤溶液转移的过程,环境中的浸出(入渗与径流)可能导致地表水与地下水污染,浸出程度与速率由固液两相的相互作用与传质过程控制。PFAS研究中常用的浸出测试方法已在前期研究中系统综述,本文仅做简要归纳,并列举了应用这些测试评估PFAS固定的研究案例。这类测试常用于废物分类、场地评估、材料再利用风险评价与固定效果判定,是吸附剂初始性能的良好筛查工具。不同方法的液固比(L:S)、浸提剂组成、pH、浸出频次与时长、实验设置(静态批式或柱式)存在差异。批式浸出测试操作简单、成本低,广泛用于污染物迁移性的快速筛查,但酸性或缓冲浸提剂可能高估实际场地的浸出水平,振荡过程会人为增加颗粒与浸提剂的接触,因此这类测试通常被视为通过剧烈振荡、极端pH或重复浸出循环模拟最坏场景的方法,难以模拟长期浸出或自然水流过程。柱式浸出实验可模拟自然渗滤与流水浸出过程,捕捉浸出动力学,但装置更复杂、运行成本更高、实验周期更长。此外,降雨模拟等方法也被用于评估土壤PFAS固定效果,可反映PFAS径流或入渗土壤的潜力。
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利用浸出测试评估PFAS固定的案例研究
本节选取采用浸出测试评估PFAS固定的代表性研究展开分析:
案例研究1:研究采用澳大利亚标准浸出程序(ASLP)、多次提取法(MEP)、浸出评估框架(LEAF) 1313与1314等多种浸出测试,评估RemBind?在两种AFFF污染土壤中的固定效率。其中砂土∑PFAS浓度为0.76 mg kg?1,高黏土土壤为39.2 mg kg?1,按5%(质量分数)投加RemBind?。结果显示,RemBind?对不同PFAS的去除效率存在差异:短链PFAS(如全氟丁酸(PFBA))的去除效率相对较低,但仍实现>92%的显著削减;土壤中丰度最高的PFOS在吸附剂上的保留率超过99%。碱性条件浸出测试与重复浸出测试(如MEP)比其他浸出方法导致处理土壤释放更多PFAS,PFAS浸出还受其官能团影响,含磺酰胺与磺酸基团化合物的浸出低于羧酸头基化合物。总体而言,RemBind?在两种污染土壤中均实现>99%的PFAS固定,不受土壤质地与PFAS浓度影响。另有研究指出,RemBind?处理的稳定性有望长期维持,仍需多年场地验证。
另一项研究采用改进的ASLP测试评估26种不同吸附剂的PFAS固定效率,结果显示吸附剂效能排序为:PAC>GAC?石墨烯基吸附剂>生物炭。后续开展了场地尺度验证,对比商用吸附剂RemBind?与FLUORO-SORB?的效能:在AFFF影响的消防训练区开展实验室与场地尺度土壤混合固定,随后进行近2.5年的混合后监测,评估固化固定土壤中PFAS浸出削减情况。结果显示实验室与场地尺度结果高度吻合,两种吸附剂处理土壤的总PFAS浸出均实现>99%的削减。
案例研究2:研究采用多种浸出规程(包括合成降水浸出程序(SPLP)、ASLP、MEP、LEAF-1313),在四年周期内评估选定碳基吸附剂的固定长效性。供试土壤为黏壤土与砂壤土,历史PFAS污染浓度分别为2 mg kg?1与14 mg kg?1∑PFAS,按1%~6%(质量分数)投加吸附剂。五种供试吸附剂的初始评估(处理后一周)显示,两种PAC与一种生物炭可实现至少95%的PFAS浸出削减;四年后,PAC的性能保持稳定,仅短链PFAS固定效率略有下降,而生物炭的效率显著下降。PAC处理土壤在重复浸出事件(五次提取)与pH 4~10.5范围内,仍能保持至少95%的PFAS浸出削减率。
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研究启示与未来方向
浸出测试是评估污染土壤PFAS固定最常用的方法,但测试结果的解读常受实验设计、浸出条件与PFAS化学性质的影响。尽管方法存在差异,多数研究报道的吸附剂PFAS浸出趋势一致,不同浸出测试的结具可比性强:在某一种测试中固定效率低的吸附剂,在其他测试中表现同样较差,因此任意一种浸出测试都可用于比较不同吸附剂的效率,或评估单一吸附剂对PFAS的固定程度。
碱性pH下的批式浸出测试得到的PFAS浸出值通常最高,可代表最坏场景:碱性条件下多数吸附剂的正表面电荷减少,而PFAS分子仍呈强阴离子态,削弱了吸附剂与PFAS间的静电/疏水作用。此外,碱性条件浸出(如ASLP的碱性缓冲液)与MEP(去离子水)得到的PFAS浸出浓度相当,因此评估最坏场景浸出时,可操作更复杂的MEP替换为更简便的批式碱性ASLP测试。综合现有研究可见,PFAS固定效率受其化学性质影响,长链PFAS的固定效果优于短链PFAS,而多数供试污染土壤中90%~99%的PFAS为长链PFOS,这类污染物也是健康与环境风险最高的类别。短链PFAS因水溶性更高、疏水作用更弱,固定难度更大,可通过表面修饰(如胺改性)增强静电相互作用,提高短链PFAS的保留率,该思路与部分对短链PFAS去除效率高的树脂的官能团设计一致。此外,引入离子交换功能或构建杂化复合材料,可提供更强、更具选择性的结合机制,提升土壤系统中短链PFAS的固定性能,是超越传统吸附剂的实用改进方向。
多数实验室浸出实验在饱和条件下开展,难以反映真实土壤的非饱和动态特征,可能误判PFAS解吸行为:PFAS常在气-水界面富集,影响其迁移及与土壤、修复剂的相互作用。因此,非饱和条件下的浸出测试更具现实意义,而批式浸出实验只能在饱和条件下开展,非饱和条件的测量需依托柱式实验。建议同时开展饱和与非饱和条件下的测试,对比固定土壤中PFAS浸出差异,明确条件对污染物释放的影响。由于活性炭的疏水性,非饱和土壤中空气气泡可能附着在其表面,进而对PFAS吸附产生促进或抑制作用。
浸出测试仅能反映未处理或处理土壤的总PFAS浸出潜力,无法区分径流或入渗的PFAS迁移路径——洪水或强降雨期间这两类过程通常会发生,入渗会导致地下水污染,径流则污染地表水与周边土壤,还可能携带吸附了PFAS的悬浮土壤颗粒与吸附剂迁移。因此需要开展降雨模拟等实验,更精准预测现实水文条件下的PFAS迁移与再分配。但预计在批式或柱式浸出测试中表现优异的吸附剂,在降雨模拟条件下也能保持相当的效能。研究还发现未处理土壤中,干燥条件下PFAS可向上迁移(蒸发浓缩),导致表土PFAS浓度升高,但为期一年的连续干湿循环长期研究显示,固定可阻止PFAS向土壤表层移动,且增加干湿循环次数可增强吸附剂对PFAS的吸附,提升土壤固定效果,重复循环后的PFAS浸出量远低于初始循环。
浸出测试未考虑吸附剂性质随时间的变化(如比表面积、电荷、官能团的演变),而这些变化对PFAS吸附的长期稳定性至关重要。化学过程(如氧化)、物理过程(如沉淀、温度波动)、生物过程(如生物降解或生物膜形成)都会影响吸附剂性质,共同导致吸附剂老化,改变其性能:可能通过堵塞或打开孔隙影响比表面积,改变表面官能团(尤其是含氧基团增加)、元素组成、离子交换能力与表面电荷。目前针对吸附剂老化对污染物去除影响的研究有限,尤其是PFAS相关研究更少。近期研究评估了六种吸附剂(GAC、PAC、生物炭、CAC)的老化效应,发现70℃下的干湿物理老化比生物或化学老化更能降低PFAS固定效率,效率损失主要源于孔隙堵塞与比表面积减小,生物炭受影响程度大于活性炭,活性炭在严苛条件下仍能保持85%以上的PFAS固定率,该效应在短链PFAS中最为明显,凸显了活性炭基吸附剂的长期稳定性。
高温或化学处理的加速老化可模拟长期自然过程:反应焓为50~90 kJ mol?1的反应速率每升高10℃约加倍,因此60~110℃下暴露一个月可模拟100~20000年的自然老化。但与浸出测试类似,实验室老化方法无法完全复现受根系、动物区系、土壤结构动态影响的场地条件,还应考虑包含紫外暴露的老化实验,以更贴合土壤与吸附剂受阳光照射的现实场景,因此加速老化虽能提供有价值的机制见解,但在捕捉土壤长期过程的复杂性方面仍存在局限。
浸出测试可指示土壤中PFAS的固定效果,但因暴露场景、固液比、氧化条件(影响前体化合物或固定剂)、pH差异(如胃肠环境),无法直接用于生态或人体健康评估。但多项研究显示,固定土壤中PFAS对植物与土壤生物的可利用性降低:例如研究评估了不同RemBind?产品对小麦草(Elymus scaber)与赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)中PFAS吸收的削减效果,发现生物富集量较未处理土壤分别降低最多875倍与375倍;小鼠活体模型显示,5%(质量分数)RemBind?处理的土壤,PFOS、PFHxS、PFOA的相对生物可利用性降低16.1%~26.1%,PFOS相对生物可利用性降低>70%。未来应开展更多研究评估固定对土壤生物PFAS生物可利用性的影响,新开发的PFAS土壤固定吸附剂需通过多种浸出测试与老化程序评估,确保长期PFAS保留能力,并评估其对土壤无脊椎动物PFAS生物可利用性的影响。
结论
基于吸附剂的固定化既是PFAS修复的独立有效策略,也可作为其他技术的补充手段。现有证据表明,吸附剂可有效稳定PFAS,阻止其向环境迁移。凭借成本效益高、可扩展性强、实施简便的优势,吸附剂法非常适用于需快速降低风险、污染负荷中等、难以开展高强度修复的场地。长链PFAS的固定效果通常优于短链化合物,而多数污染土壤中长链PFAS占比达90%~99%。GAC、PAC等吸附剂可在不同土壤类型中有效固定PFAS,但效能受有机质含量、pH、溶解性有机碳的影响。具备高比表面积、强正表面电荷、可促进疏水与静电相互作用的吸附剂往往效率更高,因此应用前需审慎评估吸附剂特性与场地土壤属性。
实验室浸出实验仍是评估吸附剂性能、对比不同材料的有效工具,但难以反映真实环境的复杂性。多数标准浸出测试在饱和条件下开展,无法体现田间土壤的非饱和动态特征,且浸出测试仅测量总PFAS释放量,无法区分径流与入渗路径——二者引发生态风险的机制不同,因此降雨模拟实验能更真实地反映暴雨事件下的PFAS迁移规律,评估吸附剂在自然水文波动下的表现。
老化研究对评估PFAS固定的长期稳定性同等重要。物理、化学、生物的加速老化测试可在数月内模拟数十年甚至上千年的自然风化过程,为吸附剂耐久性提供关键见解。近期研究显示,干湿循环等物理老化过程对PFAS保留的影响最大,其次是生物与化学老化;生物炭的老化衰减速度快于活性炭,多数活性炭基吸附剂在严苛加速老化条件下仍能保持85%以上的PFAS固定率,凸显了其长期应用的稳健性。
未来研究应着力缩小实验室发现与场地性能的差距。新开发的PFAS固定吸附剂需通过浸出、老化、生物可利用性的综合评估,保障长期稳定性与生态风险最小化。将降雨模拟、变饱和度条件、紫外暴露纳入实验方案,可提升研究的环境相关性与预测能力。最终,构建标准化的场地代表性测试框架与机制模型,对完善风险评估、指导修复设计、实现PFAS污染环境的可持续管理至关重要。
数据可用性声明
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