典型全氟/多氟化合物在粘土矿物界面的转化行为与机制研究

Investigation on the transformation of per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) in soil medium, especially on soil micro-interfaces is helpful to a better understanding of the fate and risk of PFASs in environment. The clay minerals are very active and important micro-interface in soils. However, the effect of this interface on PFASs migration and transformation is still unclear. Therefore, the mechanisms of PFASs transformation on clay interface in different environmental conditions will be studied in this project. This project aims to 1) investigate the effect of clay interfaces on the hydrolysis and photolysis of PFASs, 2) study the mechanism of the influence of clay lattice structure and surface hydration state on PFASs adsorption, action site and hydrolysis activity by changing the variety of clay minerals and relative humidity, and 3) explore the phototransformation pathway of PFASs at clay-water interface in complex environment by adding environmental substances. High resolution chromatography and mass spectrometry, in-situ spectroscopy and free radical detection technology will be applied to identify products and confirm transformation process. In addition, theory calculation will also be used to verify the reaction mechanism at a molecule level. This project could not only advance our understanding of the environmental behavior of PFASs, but also provide theoretical basis for the scientific evaluation of both ecological risk and control policy of PFASs.

开展全氟和多氟烷基化合物（PFASs）在土壤介质的转化尤其是微界面转化研究，有助于更加深入认识PFASs的环境归趋和暴露风险。粘土矿物是土壤中极为活跃和重要的微界面，然而该界面对PFASs转化行为的影响尚不明确。基于此，项目拟选取环境中典型的PFASs和粘土矿物为研究对象，以水解和光转化为研究主线，探究环境相关条件下粘土界面对PFASs转化行为的影响规律和作用机制。通过改变粘土类型和外部湿度，探究粘土晶格结构和表面水合状态对PFASs吸附、作用位点和水解活性的调控机制；通过在粘土界面引入环境本底物质，探明复杂交互环境下PFASs在水-土界面的光转化通道。研究将借助高分辨色谱质谱、原位光谱和自由基检测技术，识别未知产物，解析转化路径，结合理论化学计算，从分子水平揭示反应机理。课题能为深入认识PFASs的环境行为提供研究基础，也能为科学评价PFASs的生态风险和制定管控政策提供理论依据。

开展全氟和多氟烷基化合物（PFASs）在土壤介质的转化尤其是微界面转化研究，有助于更加深入认识PFASs的环境归趋和暴露风险。粘土矿物是土壤中极为活跃和重要的微界面，然而该界面对PFASs转化行为的影响尚不明确。基于此，项目分别选取环境中广泛存在的全氟磺酰胺类（FOSAs）和蒙脱石作为PFASs和粘土矿物的代表，研究环境条件下FOSAs在蒙脱石界面的光化学转化行为和作用机制。通过野外光照实验和室内模拟实验，研究FOSAs在蒙脱石界面的光化学转化过程，借助高分辨色谱质谱、原位光谱和自由基检测技术，识别未知产物，解析转化路径，结合理论化学计算，从分子水平揭示反应机理。研究结果表明水-蒙脱石界面可在太阳光照下产生超氧自由基并进一步转化为羟基自由基，从而氧化降解吸附在其表面的FOSAs，显著促进 FOSAs 的转化。产物分析表明，FOSAs转化为相应碳链长度的全氟辛酸（PFOA），同时也可转化为更短碳链的全氟羧酸类（PFCAs） 等。研究了不同阳离子交换的蒙脱石对 FOSAs 光转化的影响，发现不同阳离子交换的蒙脱石均可显著促进 FOSAs 降解转化为短链全氟羧酸类物质，促进能力按照 K-蒙脱石 > Ca-蒙脱石 > Na-蒙脱石的顺序。研究结果首次发现FOSAs可在太阳光照下转化为PFCAs，且天然粘土矿物可以显著促进转化过程，能为深入认识PFASs的环境行为提供研究基础，也能为科学评价PFASs的生态风险和制定管控政策提供理论依据。