攜手國(guó)家環(huán)境分析測(cè)試中心，全氟烷基污染物研究成果發(fā)頂刊
發(fā)布時(shí)間:2023-02-02 閱讀次數(shù)：546次
導(dǎo)讀
全/多氟烷基物質(zhì)（PFASs）是目前廣受關(guān)注的一類持久性有機(jī)污染物，而電鍍廢水是PFASs向環(huán)境排放的主要途徑之一。其中，6:2 Cl-PFAEs（6:2 Chlorinated polyfluoroalkyl ether sulfonate，6:2氯代多氟醚基磺酸鹽）作為抑鉻霧劑在電鍍行業(yè)中使用廣泛，具有類似于全氟辛基磺酸的環(huán)境殘留濃度和物理化學(xué)特性，是一類重要的新型全氟烷基污染物。近期，國(guó)家環(huán)境分析測(cè)試中心與島津分析中心攜手合作，系統(tǒng)研究了6:2 Cl-PFAEs在鍍鉻工業(yè)污染源及環(huán)境中的行為，以及電鍍廢水處理過(guò)程中6:2 Cl-PFAEs的去除機(jī)理，相關(guān)合作成果發(fā)表于國(guó)際知名SCI期刊《Chemosphere》上。
圖1. 期刊首頁(yè)截圖
圖2.英文摘要及譯文
新型全氟烷基污染物
6:2 Cl-PFAEs作為一類重要的新型全氟烷基污染物，已在我國(guó)多種環(huán)境介質(zhì)（地表水、工業(yè)和市政污水處理廠進(jìn)出水和污泥）和魚類內(nèi)檢出，甚至在格陵蘭島的北極熊等極地動(dòng)物肝臟中檢出，因此有效去除水體中該類污染物的研究非常迫切且具有深遠(yuǎn)意義。
圖2.英文摘要及譯文
反應(yīng)機(jī)理推斷研究的難點(diǎn)
目前大多數(shù)處理工藝的目的都是去除重金屬，而PFASs的去除需要更多的關(guān)注。關(guān)于鍍鉻廢水的處理技術(shù)，化學(xué)還原沉降法應(yīng)用最為廣泛，六價(jià)鉻在酸性條件下被亞硫酸鹽還原生成三價(jià)鉻，調(diào)節(jié)溶液pH可使其以Cr(OH)3的形式沉降，PFASs進(jìn)而通過(guò)與氫氧化鉻的相互作用（靜電相互作用、疏水相互作用、配體交換、氫鍵等）被去除。
為了深入了解PFASs的去除機(jī)理，進(jìn)一步優(yōu)化提升PFASs的去除效率，關(guān)于以上相互作用類型的研究頗受關(guān)注，有研究提出配體和氫氧化鋁可通過(guò)如下反應(yīng)式進(jìn)行交換。
鍍鉻廢水的處理原理：Al–OH + L-→ Al-L + OH-
那么PFASs是否通過(guò)類似的機(jī)理與Cr(OH)3相互作用？此外，不同PFASs碳鏈結(jié)構(gòu)對(duì)該相互作用是否存在影響？
XPS助力探明吸附機(jī)理
為了尋找以上問(wèn)題的答案，可采用島津XPS儀器對(duì)吸附PFASs前后Cr(OH)3的表面進(jìn)行表征。
圖3. 島津AXIS Supra+儀器及五大技術(shù)特點(diǎn)
XPS結(jié)果顯示Cr(OH)3在吸附PFOS和6:2 Cl-PFAEs后，表面具有較強(qiáng)的F 1s峰（結(jié)合能位于~689.1 eV）（見(jiàn)圖4），表明它們與Cr(OH)3有顯著的相互作用。使用XPS測(cè)定了吸附6:2 Cl-PFAEs后Cr(OH)3中-OH與Cr的比例，發(fā)現(xiàn)經(jīng)吸附后Cr(OH)3中-OH數(shù)量（由O 1s分峰擬合得到）減少，推測(cè)6:2 Cl-PFAEs可能通過(guò)配體交換反應(yīng)與Cr(OH)3生成共價(jià)鍵。
圖4. Cr(OH)3吸附PFOS、6:2 Cl-PFAEs前后的全譜圖對(duì)比
為了探究Cr(OH)3吸附其他PFASs后該共價(jià)鍵的是否存在，進(jìn)一步采用XPS比較了Cr(OH)3與多種PFASs相互作用前后的-OH密度。吸附前Cr(OH)3樣品中[-OH]/[Cr]的比值為3.04，吸附后降至2.58-2.94，表明均存在配體交換。為了進(jìn)一步研究碳鏈長(zhǎng)度對(duì)配體交換的影響，采用Cr(OH)3吸附不同鏈長(zhǎng)的PFCAs（全氟羧酸），鏈長(zhǎng)增加時(shí)未觀察到顯著的[-OH]/[Cr]比值變化趨勢(shì)（見(jiàn)圖5），此結(jié)果表明碳鏈長(zhǎng)度對(duì)配體交換程度無(wú)顯著影響。綜合其他分析表征技術(shù)結(jié)果，說(shuō)明親脂力是6:2 Cl-PFAEs與Cr(OH)3結(jié)合的主要作用力，但配體交換也參與了6:2 Cl-PFAES與Cr(OH)3的相互作用。
圖5. 由XPS測(cè)得的Cr(OH)3吸附PFCAs、PFASs后表面的[-OH] /[Cr]比值
? 研究結(jié)論
由于6:2 Cl-PFAEs與PFOS相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，因此二者在電鍍行業(yè)及環(huán)境中的行為相似但仍存在一定差異，6:2 Cl-PFAEs的疏水性相對(duì)較強(qiáng)，是二者行為存在差異的主要原因。島津高性能XPS助力電鍍廢水處理過(guò)程中6:2 Cl-PFAEs的去除機(jī)理研究，可為6:2 Cl-PFAEs引起的污染控制提供理論基礎(chǔ)，本研究表明6:2 Cl-PFAEs在工業(yè)和市政廢水處理過(guò)程中可通過(guò)疏水作用力和配體交換與吸附劑或活性污泥結(jié)合而有效去除，為6:2 Cl-PFAEs的去除行為機(jī)理提供了重要信息。
客戶聲音
國(guó)家環(huán)境分析測(cè)試中心 劉金林博士
國(guó)家環(huán)境分析測(cè)試中心劉金林博士表示：本工作采用XPS表面敏感的特征對(duì)一系列樣品進(jìn)行測(cè)試，對(duì)于吸附作用機(jī)理的研究提供了有力數(shù)據(jù)支撐，有效推進(jìn)了6:2 Cl-PFAEs的污染控制研究。采用島津AXIS Supra儀器測(cè)試的XPS數(shù)據(jù)，具有較高分辨率和信噪比，成功助力了PFASs的去除機(jī)理研究，為進(jìn)一步提升PFASs的去除效率提供了理論支撐，使得該項(xiàng)研究工作取得順利進(jìn)展。希望今后有更多的機(jī)會(huì)繼續(xù)與島津合作。
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