模拟如何帮助从土壤中去除PFAS

密歇根州立大学的化学家们正在发现新的信息，通过首次展示它们如何在分子水平上与土壤相互作用来帮助修复“永久化学物质”。

自然科学学院的研究人员 Narasimhan Loganathan 和 Angela K. Wilson 在《环境科学与技术》杂志上在线发表了他们的发现。

“永远的化学品”——更正式地称为 PFAS 或全氟烷基和多氟烷基物质——获得了标签，因为它们不会自然分解。当PFAS污染土壤和水时，它们可以通过植物、牲畜和饮用水进入食物系统。

疾病控制和预防中心 2015 年的一份报告估计，PFAS 存在于 97% 的人的血液中。其他更近期的研究表明，这一数字接近 99%。

使 PFAS 如此普遍的原因是持久性和实用性的结合。超过 9,000 种化学品符合 PFAS 标准，它们存在于广泛的应用中，包括食品包装、不粘炊具、消防泡沫等等。虽然时间和自然会降解这些产品的某些成分——以及生产这些产品时产生的废物——但 PFAS 会在环境中徘徊、积累。

因此，从土壤和水中去除 PFAS 对于减少接触这些化学物质及其可能造成的危害(包括甲状腺疾病和某些癌症的风险增加)非常重要。

“当您开始研究缓解策略时，您会看到很多关于从水中去除 PFAS 的内容，但土壤中的 PFAS 却很少，”密歇根州立大学化学系高级研究员 Loganathan 说。

“有些研究是‘分子盲’，”John A. Hannah 杰出化学教授、密歇根州立大学 PFAS 研究中心的科学家威尔逊说。“也就是说，他们没有关注化学反应。”

Wilson 和 Loganathan 决定通过对 PFAS 与土壤成分高岭石之间的相互作用进行第一次分子水平模拟来帮助改变这种状况。

在这项研究中，两人专注于一些最普遍和最有问题的 PFAS 化学品。他们在土壤方面选择了高岭石，因为它是一种常见的土壤矿物，尤其是在密歇根州。

PFAS 无处不在，但它们在密歇根州提出了独特的挑战。密歇根州拥有丰富的 PFAS，有 200 多个已知的 PFAS 污染地点。最重要的是，农业和五大湖是该州身份的基础。保护密歇根州的土地和水资源是该州许多社区、立法者和公司的共同目标。

“甚至在这项工作之前，我们就参加了大型会议，并与来自不同城市、农场、污水处理厂等的人们讨论 PFAS ，”Wilson 说。“很多人都在寻找解决方案。”

这项研究的灵感来自密歇根州的一家工程公司，该公司向威尔逊询问了 PFAS 如何在土壤中传播以及如何最好地修复这些化学物质。她没有答案，但她知道 Loganathan 可以帮助她找到一些答案。

她招募他加入这个项目，得到了国家科学基金会的支持。两人还可以使用国家能源研究科学计算中心和密歇根州立大学网络支持研究所(iCER)提供的计算资源。

模拟结果确实为补救措施提供了一些乐观的理由。例如，研究人员研究的一些 PFAS 具有较长的碳链作为它们的主链，它们聚集在高岭石上。

“理想情况下，这就是你想要的。你希望所有的 PFAS 都成团，这样你就可以抓住它并将其过滤掉，”威尔逊说。另一方面，链较短的 PFAS 不太可能结块，在土壤中保持更多的流动性。

“带回家的信息是，并非所有 PFAS 的行为都相似，”威尔逊说。“而且并非所有土壤在 PFAS 方面的表现都相同。”

“土壤中的成分起着重要作用，”Loganathan 说。“任何受污染场地周围的土壤成分对于 PFAS 进入地下多远，然后它们可以到达地下水至关重要。”

尽管检查 PFAS 和土壤成分的无数组合的想法很强大，但研究人员已经证明，他们的计算方法非常适合解决 PFAS 污染固有的各种问题。

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