在过去的二十年中，人们越来越关注接触生物累积性毒素所带来的不良人类和生态影响（Genuis, 2006）。在这些污染物中，全氟和多氟烷基物质（PFAS），特别是 PFOS 和 PFOA 等传统化合物，因其环境持久性、全球存在性和潜在健康风险而引起了广泛关注（Genuis et al., 2010）。PFOS 和 PFOA 已被广泛用于工业和消费应用，包括不粘厨具、防水防油纺织品、纸张涂层、食品包装和地毯（Corsini et al., 2014）。它们高度氟化的碳链尾部和极性末端基团赋予其界面活性和卓越的化学稳定性，这共同促成了其持久性和对自然衰减的抵抗力（Parsons et al., 2008）。因此，PFAS 被认为是具有 substantial 生物累积和毒性潜力的持久性污染物（Butt et al., 2007; Martin et al., 2004）。毒理学研究将 PFAS 暴露与肝毒性、神经毒性、发育毒性、免疫毒性以及其他不良结果联系起来，引发了对人类健康和生态系统长期风险的严重担忧（Qi et al., 2016）。
鉴于这些危害，开发高效的 PFAS 污染水处理技术已成为紧迫的研究重点。现有方法包括吸附捕获、光催化降解、膜分离和泡沫工艺（Ali et al., 2020; Chen et al., 2022）。泡沫分馏特别有吸引力，因为它在相对温和的操作条件下将表面活性 PFAS 从主体液体转移到气 - 水界面，并将其收集在浓缩的泡沫浓缩液中（Lee et al., 2017）。实验室和现场规模的研究表明，在有利的溶液化学条件下，长链 PFAS 具有高去除效率（Meng et al., 2018; Ebersbach et al., 2016; Buckley et al., 2022b; We et al., 2024）。然而，泡沫分馏性能受界面吸附、气泡流体动力学、泡沫稳定性、液体排液和水基质成分耦合效应支配。过高的泡沫稳定性会增加液体滞留和非选择性水夹带，而稳定性不足会导致薄膜过早破裂和 PFAS 回收率低（Lee et al., 2017; Wang et al., 2023; Li et al., 2021; Stevenson and Karakashev, 2024）。这些竞争效应产生了 PFAS 去除和富集之间的基本权衡，必须通过对界面和流体动力学行为的同步控制来解决。
为了克服这些热力学和流体动力学限制，将助表面活性剂引入泡沫分馏系统以调节界面电荷、提高泡沫稳定性和增强污染物捕获。阳离子表面活性剂可能特别有效，因为它们带正电荷的头部基团减少了阴离子 PFAS 的静电排斥并促进界面共吸附（Lee and Venkatesan, 2024; Buckley et al., 2023）。例如，溴化十六烷基三甲铵（CTAB）和氯化十六烷基三甲铵（CTAC）已在泡沫分馏系统中实现了对长链和短链 PFAS 的高去除效率（Pooja and Kumar, 2023）。然而，许多合成阳离子表面活性剂的水生毒性和有限的可生物降解性引发了对残留表面活性剂释放和二次污染的担忧（Olasanmi and Thring, 2018）。这促使人们寻找基于生物表面活性剂的收集剂，以提供有效的界面捕获并提高环境兼容性。
生物表面活性剂是微生物衍生的两亲分子，通常提供有利的可生物降解性、较低的毒性和良好的环境兼容性（Xu et al., 2025; Wu et al., 2019）。然而，市售的生物表面活性剂主要是阴离子或阳离子，而不是阳离子。因此，使用它们来捕获阴离子 PFAS 提出了一个机理挑战：阴离子生物表面活性剂可能会受到 PFAS 的静电排斥，而阳离子分子必须结合整体电荷中性与能够与阴离子 PFAS 头部基团相互作用的局部正电荷位点。这些结构不同的生物表面活性剂的界面行为，以及它如何控制动态气 - 液界面的 PFAS 捕获，仍理解不足（Akhtar et al., 2024）。
因此，仍有几个问题尚未解决。首先，生物表面活性剂分子架构与 PFAS 捕获之间的关系尚未在阳离子和阴离子生物表面活性剂之间进行系统比较。其次，分子尺度相互作用、泡沫薄膜行为、液体排液与去除 - 富集权衡之间的联系仍不清楚。第三，PFAS 在初级泡沫浓缩液中富集后生物表面活性剂的去向需要明确的工程考虑。解决这些问题对于理性的生物表面活性剂选择和定义生物表面活性剂辅助泡沫分馏的实际范围至关重要（Coward, 2012）。
虽然以前已经报道过泡沫分馏和表面活性剂辅助的 PFAS 去除，但缺乏关于生物表面活性剂架构如何决定分离效力的系统机理理解。在这里，我们通过比较两种阳离子生物表面活性剂月桂酰胺丙基甜菜碱（LAB）和月桂基二甲基甜菜碱（BS-12）与两种阴离子生物表面活性剂鼠李糖脂（RLs）和槐糖脂（SLs），为生物表面活性剂辅助 PFAS 泡沫分馏建立了结构 - 性能框架。主要的机理和连续分离实验侧重于 PFOA 和 PFOS。系统改变生物表面活性剂浓度、pH 值、离子强度和气体流速，以确定界面吸附和泡沫流体动力学如何调节 PFAS 去除和富集。使用 FTIR、Zeta 电位测量和分子对接将宏观分离行为与分子间相互作用联系起来。在测试的水基质中进行 PFBA 和 PFBS 的补充实验，以提供代表性短链 PFAS 的附加适用性评估。最终，建立这一结构 - 性能框架为定制生物表面活性剂架构以捕获多种 PFAS 同系物提供了基本基础，同时确定了与生物表面活性剂回收和含 PFAS 泡沫浓缩液下游处理相关的当前边界。
