综述：用于去除全氟和多氟烷基物质（PFAS）的可持续多糖基吸附剂：作用机制、功能优化及未来发展方向

《Carbohydrate Polymers》：Sustainable polysaccharide-based adsorbents for PFAS removal: Mechanisms, functional engineering, and future directions

PFAS因化学稳定性强难以常规处理，天然多糖因其环保、可再生等特性成为研究热点，其吸附机制涉及静电作用、疏水效应等，但短链PFAS吸附效率不足，需通过功能化改性及结构优化提升选择性、再生性。分隔符

　　

沙哈巴尔丁·雷扎尼亚（Shahabaldin Rezania）|阿米尔雷扎·塔拉伊（Amirreza Talaie）|赛义德·拉贾比（Saeed Rajabi）|赫萨姆·卡米亚布（Hesam Kamyab）|阿米尔·侯赛因·贝鲁齐（Amir Hossein Behroozi）

韩国首尔世宗大学环境与能源系，邮编05006

摘要

全氟和多氟烷基物质（PFAS）常被称为“永久性化学物质”，由于其极强的化学稳定性、在环境中的积累倾向以及对传统修复过程的抗性，持续对水处理技术构成挑战。近年来，天然来源的多糖（如纤维素、壳聚糖、淀粉、海藻酸盐和环糊精）作为去除PFAS的可持续材料受到了越来越多的关注。除了环境兼容性外，这些材料还具有结构灵活性，能够通过静电吸引、疏水相互作用、氢键结合以及物理包裹等方式捕获PFAS。本文综述了多糖化学性质、材料结构及靶向改性策略如何影响PFAS的吸附行为。讨论重点不在于吸附能力本身，而是吸附机制、PFAS分子特性与水介质效应之间的相互作用。文中还强调了化学功能化及基于多糖的混合材料的最新进展，这些进展在提高选择性、吸附动力学和再生性能方面具有显著作用，尤其是对于难以去除的短链PFAS。最后，文章探讨了与共存污染物、再生效率及可扩展性相关的主要挑战，以及将基于多糖的吸附剂从实验室研究应用于实际水处理过程中的设计考虑因素。

术语表

命名法

羧酸根阴离子胺基羟基磷酸基人工智能β-环糊精轻木二醛纤维素十氟联苯醋酸纤维素-大豆蛋白分离物环糊精基于环糊精的聚合物纤维素纳米晶体纤维素纳米纤维

–COOH	羧基
–COO?
–NH2
–NH3+质子化胺基
–OH
–PO42?
–SO3?磺酸根阴离子
AI
β-CD
BA
DAC
DFB
CA-SPI
CD
CDPs
CMS羧甲基淀粉
CNC
CNF
CTAB

多糖

多糖是最丰富的天然聚合物之一，具有巨大的潜力可转化为高附加值的功能材料。据估计，全球每年因农业、林业和工业活动产生的富含多糖的生物质残渣超过20亿吨（He等人，2025年）。这些生物聚合物通过植物、动物等的基本生物过程（如生长、代谢和繁殖）合成而来。

用于PFAS吸附的多糖

由于具有低成本、广泛可用性、可生物降解性、可再生性和非毒性等优点，环境友好的碳水化合物聚合物被广泛研究作为基于多糖的吸附剂的构建单元（Berradi, Aziz, Achaby, Ouazzani, & Mandi, 2023）。基于多糖的聚合物系统因此成为可持续水处理应用的有希望的候选材料。

多糖对PFAS的吸附机制

PFAS在基于多糖的材料上的吸附作用源于静电吸引、疏水分配、氢键结合、配位/桥接作用以及多孔结构内的物理限制等协同效应。尽管这些机制普遍适用于各种多糖，但其相对贡献很大程度上取决于其基本骨架化学结构、可利用的官能团以及化学或结构改性的性质。

共存污染物对PFAS去除的影响

在实际水处理过程中，PFAS很少以单一污染物的形式存在；它们通常与多种无机离子和有机物质共存，这些共存物会显著影响吸附性能和再生效率。共存污染物的存在会通过与吸附剂基质中的吸附位点和孔隙空间的竞争，降低PFAS的吸附效率（Teymourian, Teymoorian, Kowsari, & Ramakrishna, 2021）。

成本与环境影响

基于多糖的PFAS吸附剂通常比石油衍生材料的生命周期影响更小。然而，由于合成和再生过程的复杂性，其实际处理成本仍与传统吸附剂相当甚至更高。可再生的合成树脂和传统碳基材料已有成熟的成本基准。例如，有报告估计可再生阴离子交换处理的成本约为0.40美元/立方米。

与合成聚合物吸附剂的比较

包括离子交换树脂、功能聚合物网络和亲氟吸附剂在内的合成聚合物吸附剂，通常比生物衍生材料具有更高的PFAS去除效率，尤其是对于短链PFAS。其高性能主要归因于高电荷密度以及定制的静电或氟相互作用位点的存在，这些因素有利于小分子、高迁移性的PFAS的吸附。相比之下，基于多糖的吸附剂则

技术挑战与未来展望

基于多糖的吸附剂因可再生性、化学可调性和较低的环境足迹而受到广泛关注。然而，几个关键技术挑战阻碍了它们的实际应用。这些材料的一个共同局限性是对短链PFAS的选择性和结合亲和力不足，而短链PFAS的疏水性较低、迁移性更强，在环境中越来越普遍。

结论

基于多糖的吸附剂不应仅仅被视为传统PFAS吸附剂的环境友好替代品，而应被视为一种可调节的分子平台，其性能取决于化学性质、结构和应用环境的巧妙结合。本文所综述的证据表明，多糖对PFAS的去除效果并非其固有的材料特性，而是靶向功能化、层次化结构等多种因素共同作用的结果。

作者贡献声明

沙哈巴尔丁·雷扎尼亚（Shahabaldin Rezania）：撰写初稿、验证、项目管理、正式分析、概念构思。阿米尔雷扎·塔拉伊（Amirreza Talaie）：撰写初稿、验证、正式分析。赛义德·拉贾比（Saeed Rajabi）：撰写与编辑、验证。赫萨姆·卡米亚布（Hesam Kamyab）：撰写与编辑、数据整理。阿米尔·侯赛因·贝鲁齐（Amir Hossein Behroozi）：撰写初稿、可视化处理、监督工作、资源协调。

写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本文时，作者使用了Grammarly工具来提高文本的可读性和流畅性。使用该工具后，作者对内容进行了必要的审查和编辑，并对发表文章的内容负全责。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。