导读

全/多氟烷基物质（PFASs）是目前广受关注的一类持久性有机污染物，而电镀废水是PFASs向环境排放的主要途径之一。其中，6:2 Cl-PFAEs（6:2 Chlorinated polyfluoroalkyl ether sulfonate，6:2氯代多氟醚基磺酸盐）作为抑铬雾剂在电镀行业中使用广泛，具有类似于全氟辛基磺酸的环境残留浓度和物理化学特性，是一类重要的新型全氟烷基污染物。近期，国家环境分析测试中心与岛津分析中心携手合作，系统研究了6:2 Cl-PFAEs在镀铬工业污染源及环境中的行为，以及电镀废水处理过程中6:2 Cl-PFAEs的去除机理，相关合作成果发表于国际知名SCI期刊《Chemosphere》上。

图1. 期刊首页截图

图2.英文摘要及译文

新型全氟烷基污染物

6:2 Cl-PFAEs作为一类重要的新型全氟烷基污染物，已在我国多种环境介质（地表水、工业和市政污水处理厂进出水和污泥）和鱼类内检出，甚至在格陵兰岛的北极熊等极地动物肝脏中检出，因此有效去除水体中该类污染物的研究非常迫切且具有深远意义。

图2.英文摘要及译文

反应机理推断研究的难点

目前大多数处理工艺的目的都是去除重金属，而PFASs的去除需要更多的关注。关于镀铬废水的处理技术，化学还原沉降法应用尤为广泛，六价铬在酸性条件下被亚硫酸盐还原生成三价铬，调节溶液pH可使其以Cr(OH)3的形式沉降，PFASs进而通过与氢氧化铬的相互作用（静电相互作用、疏水相互作用、配体交换、氢键等）被去除。

为了深入了解PFASs的去除机理，进一步优化提升PFASs的去除效率，关于以上相互作用类型的研究颇受关注，有研究提出配体和氢氧化铝可通过如下反应式进行交换。

镀铬废水的处理原理：Al–OH + L-→ Al-L + OH-

那么PFASs是否通过类似的机理与Cr(OH)3相互作用？此外，不同PFASs碳链结构对该相互作用是否存在影响？

XPS助力探明吸附机理

为了寻找以上问题的答案，可采用岛津XPS仪器对吸附PFASs前后Cr(OH)3的表面进行表征。

图3. 岛津AXIS Supra+仪器及五大技术特点

XPS结果显示Cr(OH)3在吸附PFOS和6:2 Cl-PFAEs后，表面具有较强的F 1s峰（结合能位于~689.1 eV）（见图4），表明它们与Cr(OH)3有显著的相互作用。使用XPS测定了吸附6:2 Cl-PFAEs后Cr(OH)3中-OH与Cr的比例，发现经吸附后Cr(OH)3中-OH数量（由O 1s分峰拟合得到）减少，推测6:2 Cl-PFAEs可能通过配体交换反应与Cr(OH)3生成共价键。

图4. Cr(OH)3吸附PFOS、6:2 Cl-PFAEs前后的全谱图对比

为了探究Cr(OH)3吸附其他PFASs后该共价键的是否存在，进一步采用XPS比较了Cr(OH)3与多种PFASs相互作用前后的-OH密度。吸附前Cr(OH)3样品中[-OH]/[Cr]的比值为3.04，吸附后降至2.58-2.94，表明均存在配体交换。为了进一步研究碳链长度对配体交换的影响，采用Cr(OH)3吸附不同链长的PFCAs（全氟羧酸），链长增加时未观察到显著的[-OH]/[Cr]比值变化趋势（见图5），此结果表明碳链长度对配体交换程度无显著影响。综合其他分析表征技术结果，说明亲脂力是6:2 Cl-PFAEs与Cr(OH)3结合的主要作用力，但配体交换也参与了6:2 Cl-PFAES与Cr(OH)3的相互作用。

图5. 由XPS测得的Cr(OH)3吸附PFCAs、PFASs后表面的[-OH] /[Cr]比值

l                      研究结论

由于6:2 Cl-PFAEs与PFOS相似的化学结构，因此二者在电镀行业及环境中的行为相似但仍存在一定差异，6:2 Cl-PFAEs的疏水性相对较强，是二者行为存在差异的主要原因。岛津高性能XPS助力电镀废水处理过程中6:2 Cl-PFAEs的去除机理研究，可为6:2 Cl-PFAEs引起的污染控制提供理论基础，本研究表明6:2 Cl-PFAEs在工业和市政废水处理过程中可通过疏水作用力和配体交换与吸附剂或活性污泥结合而有效去除，为6:2 Cl-PFAEs的去除行为机理提供了重要信息。

客户声音

国家环境分析测试中心 刘金林博士

国家环境分析测试中心刘金林博士表示：本工作采用XPS表面敏感的特征对一系列样品进行测试，对于吸附作用机理的研究提供了有力数据支撑，有效推进了6:2 Cl-PFAEs的污染控制研究。采用岛津AXIS Supra仪器测试的XPS数据，具有较高分辨率和信噪比，成功助力了PFASs的去除机理研究，为进一步提升PFASs的去除效率提供了理论支撑，使得该项研究工作取得顺利进展。希望今后有更多的机会继续与岛津合作。

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