PFOS典型替代物F-53B在土壤和地下水中的环境行为及其修复研究

F-53B, a chlorinated polyfluorinated ether sulfonate, is a typical alternative for perfluorooctane sulfonate acid and its salts (PFOS). It has been used in the electroplating industry for almost 40 years. F-53B is expected to obtain a larger market share and its usage is gradually expanding to other industries due to the phase out of PFOS. With the detection of F-53B in different environmental media and the studies on its toxicity, F-53B has become one of the contaminants of concern. However, there is no report on the environmental behavior and remediation for F-53B in soil and groundwater. In this study, the aqueous-solid interfacial behavior of F-53B will be investigated. The fate and transport of F-53B in the subsurface will be studied utilizing an integrated experimental and numerical modeling method, and the impact of the heterogeneities in the subsurface and the molecular structure of F-53B will be explored. To remediate F-53B in the subsurface, layered double hydroxides (LDHs) will be synthesized and modified with proper biotemplates to increase their efficiency and mobility in the subsurface. The removal mechanism of F-53B by modified LDHs will be explored. In addition, the mobility of modified LDHs will be evaluated in a simulated injection-based reactor, to provide key parameters for the F-53B in situ remediation. This study will provide insight for the risk management and control of F-53B.

F-53B（氯代多氟醚基磺酸）是PFOS（全氟辛烷磺酸）的一种典型替代物，在我国电镀行业大量使用近40年，并逐渐替代PFOS在多个行业得到更多应用。随着F-53B在环境中的检出及其毒理研究的开展，F-53B污染已成为国内外研究热点，然而其在土壤和地下水中的环境行为及修复研究尚属空白。因此本项目以土壤和地下水中F-53B为研究对象，通过批量实验探索F-53B在水-土界面的环境行为，并采用反应器原位模拟实验和数值模型模拟相结合的研究方法，分析地下环境异质性和F-53B分子结构对其迁移转化过程关键参数的影响，探索其迁移转化规律；利用生物载体对层状复合金属氢氧化物（LDHs）改性，研发F-53B修复材料，探索LDHs复合材料对F-53B的吸附机理，定量评估改性对LDHs迁移性和水力传导性能的提升，明确LDHs复合材料对F-53B的原位模拟修复技术参数，为PFOS典型替代物的风险管控提供理论依据。

随着F-53B在环境中被检出及其毒理研究的开展，F-53B污染已成为国内外研究热点，亟需开展其在土壤和地下水中的环境行为及修复研究。本项目主要优化了PFOS及其替代物痕量级检测分析方法，揭示了典型垃圾填埋场和化工园区周边多环境介质中F-53B的赋存水平、空间分布和生物富集性，探索了非工业区域的地下水中F-53B的赋存特征和健康暴露风险评估，研究了不同土壤对F-53B吸附行为及规律，研发了两种层状双金属氢氧化物LDHs并明确其对地下水中F-53B的吸附去除机制。PFOS及其替代物痕量级测定方法的影响因素研究表明：以甲醇为溶剂时，PP材质注射器与针式过滤器对PFOS浓度测定无显著影响，以水为溶剂时，PP离心管、PP注射器和针式过滤器对PFOS浓度测定有显著影响；研究进一步在典型垃圾填埋场和典型工业园区周边采集土壤、地下水、地表水、沉积物、植物叶子和谷物样品并检测分析了多种PFASs，分析结果总体表明短链同系物和新兴替代物（F-53B和6:2FTS）已被广泛使用；基于PFOS及其替代物在多环境介质中的赋存特征，本研究进一步开展了不同土壤对F-53B的吸附行为研究，结果表明F-53B在土壤上的吸附动力学可以用准二级模型来描述，土壤有机物含量、三氧化铝和三氧化铁对F-53B的吸附发挥重要作用，共污染离子Cr(VI)、硫酸盐和Cu(II)能够促进F-53B在地下环境中的迁移；最后，本项目研发的两种层状双氢氧化物（NO3--LDHs和SDS-LDHs）可以有效吸附去除水中的F-53B，其吸附机理主要包括氢键吸附和胶束吸附。本项目成果为地下环境中F-53B的污染修复提供了理论基础与技术支撑。