磷酸盐过量输入导致水体富营养化，2100年预计恶化120%-390%，对全球变暖贡献率达38%-53%。传统处理方法如化学沉淀、生物降解，因处理精度有限、产生大量污泥，已难以满足日益严格的排放法规要求。

全氟和多氟烷基物质（PFAS）广泛应用于消防泡沫、工业涂料、纺织品等领域，其化学结构稳定、难以降解，且具有强生物累积性和潜在毒性，对生态系统和人体健康构成严重威胁。现有处理技术如电化学降解、高级氧化等，不仅能耗高、工艺复杂，还易产生有毒副产物，同时造成资源浪费。

鉴于此，上海交通大学任龙飞副研究员团队创新性提出一种“废物资源化”策略，利用液滴微流控辅助化学交联技术，将废弃PFAS接枝到单分散微球上，成功制备出无毒高效的磷酸盐吸附剂（PFAS-FMM）。该吸附剂通过单一位点接枝提升氨基利用率，同步实现PFAS污染治理与磷酸盐高效去除，为解决双水体污染难题提供了可持续方案。相关研究以“Droplet-Microfluidic-Assisted Conversion of Per- and Polyfluoroalkyl Substances to Nontoxic Microspheres for Enhanced Phosphate Capture”为题目，发表于期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》。

本文要点：

1、该研究提出一种可持续方案，借助液滴微流控辅助化学交联技术，将具有污染性的全氟和多氟烷基物质（PFAS）接枝到单分散微球上，成功制备出稳定、高效且环保的磷吸附剂（PFAS-FMM）。

2、研究先以聚乙烯亚胺（PEI）为模型功能单体验证了微球制备策略的可行性，随后系统优化了三相流速、接枝单体浓度等合成参数。所制得的PFAS-FMM具有均匀的球形形貌和明确的核壳结构，通过单一位点接枝方式，使氨基利用率提升4.29倍，显著增强了对磷酸盐的静电引力和氢键作用。

3、性能测试表明，PFAS-FMM对磷酸盐（50 mg P/L）的最大吸附容量达252.5 mg/g PFAS，120分钟内即可达到吸附平衡，且对多种竞争阴离子具有耐受性，经过5次吸附-解吸循环后仍能保持85%以上的吸附容量。同时，微球封装有效抑制了PFAS的泄漏，降低了其毒性，大肠杆菌生长抑制实验和氟释放实验均证实了其环境安全性。

4、整体可持续性足迹（OSF）评估得分为87.5%，在环境友好性、废物利用、可扩展性和可重复使用性等方面表现优异。该研究为功能材料合成提供了新思路，实现了PFAS污染治理与磷酸盐去除的双重目标，为水生生态系统修复提供了潜在解决方案。

该研究将PFAS转化为吸附剂的策略，相比传统PFAS处理技术有哪些创新？

①理念创新：摒弃传统“破坏性处理”思路，采用“废物资源化”策略，将有毒污染物PFAS转化为高价值的磷酸盐吸附剂，实现污染物的二次利用；

②技术创新：利用液滴微流控技术实现吸附剂的精准制备，解决PFAS难以稳定固定的问题，同时提升活性位点利用率；

③效益创新：同步解决PFAS污染和水体富营养化两大难题，OSF可持续性评分达87.5%，在环境友好性、可扩展性上优于传统吸附剂，具有更广泛的应用前景。

图1 液滴微流控与化学交联法制备 PEI-FMM 和 PFAS-FMM 的示意图。

图2 三相流速对 PEI-FMM 磷酸盐吸附容量的影响（a）；不同戊二醛（GA）浓度（b）和聚乙烯亚胺（PEI）浓度（c，分子量 25000 g/mol）下制备的 PEI-FMM 光学显微镜图像；三相流速对 PFAS-FMM 磷酸盐吸附容量的影响（d）；不同全氟和多氟烷基物质（PFAS）浓度下制备的 PFAS-FMM 光学显微镜图像（e）。

图3 未改性微球（UM）（a）、PEI-FMM（b）和 PFAS-FMM（c）的扫描电子显微镜（SEM）图像；PEI-FMM（d）和 PFAS-FMM（e）的能量色散光谱（EDS） 图；UM、PEI-FMM 和 PFAS-FMM 的傅里叶变换红外光谱（FT-IR）（f）和 X 射线光电子能谱（XPS）（g）；PEI（h）/PFAS（i）与微球的交联机理示意图。

图4 pH 值对 PEI-GA 和 PEI-FMM 吸附磷酸盐的影响（a）；PEI-GA 和 PEI-FMM 对磷酸盐的吸附等温线及模型拟合结果（b）；PEI-FMM 中氨基利用率提升的示意图（c）。

图5 pH 值对 PFAS-FMM 吸附磷酸盐的影响（a）；PFAS-FMM 对磷酸盐的吸附等温线（b）和动力学曲线（c）及模型拟合结果；磷酸盐浓度（d）和竞争阴离子（e）对 PFAS-FMM 吸附磷酸盐的影响；PFAS-FMM 在 5 次循环中的重复使用性能（f）。

图6 PFAS-FMM 吸附磷酸盐前后的 FT-IR 光谱（a）和 XPS 光谱（b）；PFAS-FMM 吸附磷酸盐前后的高分辨率 N 1s XPS 光谱（c）；磷酸盐吸附前后溶液 pH 值变化（d）；PFAS-FMM 吸附磷酸盐的机理示意图（e）。

图7 大肠杆菌在纯水（a）、PFAS-FMM（b）和游离 PFAS（c）培养条件下形成的菌落图像。

图8 PFAS-FMM（a）、PEI-FMM（b）和 PEI-GA（c）的整体可持续性足迹（OSF）分析；基于 8 项指标的 PFAS-FMM（d）、PEI-FMM（e）和 PEI-GA（f）综合评分。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.5c21690

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