W&E专栏|知名运动品牌面料问题引关注,饮用水中的PFAS研究进展到了哪一步?
- 更新时间 2026-04-18 15:08:33
近日，美国得州总检察长向Lululemon发出调查令，关注其产品含PFAS"永久性化学品"的情况。这一事件让PFAS进入大众视野。
Water & Ecology 1卷3期发表综述论文“Insights into the Fate of Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFASs) in Drinking Water Based on Bibliometric Analysis: Research Hot Spots, Challenges, and Trends”，系统梳理了饮用水研究领域对这类物质的研究进展。编辑部特推送此文，欢迎关注、了解。
文章概要
全氟及多氟烷基物质（PFASs）通常被称为“永久性化学品”，具有高度持久性、难降解性和广泛分布性，对饮用水安全构成严峻挑战。研究团队借助CiteSpace和VOSviewer等工具，从国家与机构分布、研究热点演变、关键词聚类等多个维度，对饮用水PFASs研究进行了系统梳理。结果显示，美国、中国和瑞典是该领域的主要贡献国家。
文章全面总结了PFASs进入供水系统的三条主要路径：地表径流、土壤淋溶和大气沉降，并概述了当前主流检测技术和去除工艺。实验室分析仍以液相色谱–串联质谱（LC–MS/MS）为主，而新兴便携式传感器正逐步发展；在处理方面，活性炭吸附、离子交换、膜处理和高级氧化等技术各有利弊，普遍面临成本与性能的平衡难题。
作者指出，目前饮用水PFASs管控的关键挑战包括：短链及新型醚类PFASs难以监测、处理过程中产生的浓缩废液难以妥善处置，以及缺乏统一的监管标准。研究旨在为未来科研布局和政策制定提供参考，加速推动实现饮用水PFASs“零污染”的长期目标。
图文摘要
Highlights
1. Bibliometric mapping (2003—2023) reveals PFASs drinking water research trends.
2. Surface runoff, leaching, and deposition drive PFASs entry into water supplies.
3. LC–MS/MS vs emerging sensors: complementary roles in PFASs monitoring.
4. Integrated adsorption–membrane–oxidation trains target long- and short-chain PFASs.
图文导读
1. 文献计量: PFASs饮用水研究快速升温
图1展示了2003—2023年饮用水PFASs研究的年度与累计发文量变化。该领域大致经历三个阶段：
初始阶段（2003—2008）：研究活动较为平缓，年均仅4篇文章，但为后续研究奠定了理论与方法基础。
渐进阶段（2009—2016）：发文量稳步提升，年均增至31篇，PFASs与人体健康的潜在关联开始受到关注，但证据仍有限。
爆发阶段（2017—2023）：发文量快速增长，占总量的79.12%，年均达到148.86篇。2017年美国EPA发布饮用水健康建议等政策，是推动该领域研究爆发的重要外部驱动力。此阶段发文量分别是第一阶段和第二阶段的约37倍和4.8倍。
模型预测显示，到2030年，累计发文量有望达到约7,689篇，引文次数约 241,696次，说明饮用水PFASs问题将长期处于学术与监管关注的前沿。从学科分布看，文章主要集中在环境科学（67.73%）和环境工程（27.09%），并与公共与职业健康、毒理学、分析化学等形成紧密的交叉。
图1 (A) 2003年至2023年间发文数量；(B) 2003年至2023年间被引次数；(C) 论文类型；(D) 排名前十的学科类别。
2. PFASs的种类、来源、迁移
传统长链PFASs（如 PFOA、PFOS）因环境持久性、生物累积性和毒性问题，已在多国受到严格限制。根据全氟化碳链长度，PFASs大致可分为：
长链（≥8个碳）；
短链（4~7个碳）；
超短链（2~3个碳）（见图2）。
图2 PFASs羧酸盐与磺酸盐组群的分类概览
随着长链PFASs被逐步淘汰，工业界转而大规模使用短链及超短链PFASs（如GenX）作为替代品。尽管这些替代品曾被宣传为“更安全”，研究发现它们同样难降解，且因水溶性更高，更容易进入饮用水系统；部分替代品的毒性甚至可能超过传统PFASs。
受污染水源是人群暴露PFASs的主要途径。PFASs可从食品包装、日常家居用品、工业排放等多种污染源出发，经垃圾渗滤液和生活污水进入环境，再通过地表径流、土壤淋溶及大气沉降等多条路径，最终进入地表水、地下水及自来水系统（见图3）。
短链PFASs由于水溶性高、吸附性弱，更具流动性，能够迁移到偏远水域；长链PFASs则更易富集在土壤和沉积物中，形成“隐蔽但持久”的污染库。正是这种迁移特性的差异，再叠加新兴替代化合物的不断出现，使得“搞清楚PFASs从哪里来、到哪里去”变得尤为关键。只有全面掌握各类PFASs的来源和迁移规律，才能制定出更精准有效的污染管控与修复策略。
图3 全氟和多氟烷基物质（PFASs）从污染源到受体的迁移路径示意图
3. PFASs的监测方法
近年来传感技术的进步为PFASs的快速现场筛查提供了多种新型工具（如图4所示），其检测限因传感机制不同而在皮克/升(pg·L–1 ) 至微克/升(µg·L–1 )范围内呈现显著差异。目前主要依赖实验室分析与现场传感两种技术路径。实验室基于液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）的方法凭借其高灵敏度与可靠性，仍是痕量PFASs检测的金标准，但存在设备昂贵、流程复杂及难以现场实时监测的局限。与此同时，新兴传感技术正快速发展，为现场快速筛查提供了多样化工具：基于分子印迹聚合物的传感器对长链PFASs表现出更高亲和力；适配体电化学传感器通过信号放大可实现ng·L–1甚至亚ng·L–1级的超痕量检测；而智能手机集成微流控比色系统、表面增强拉曼光谱平台等，则进一步将检测时间缩短至分钟级，并在便携性上取得显著突破。然而，传感技术在实际水体应用中仍面临基质干扰（如氯离子、有机质）、pH波动以及缺乏统一验证标准等挑战，导致其灵敏度与准确性在复杂环境中可能下降。未来监测体系正朝着色谱-传感联用的融合范式发展：一方面依托实验室质谱进行精准定性与基准验证，另一方面通过分布式传感器网络实现高频、连续的现场监控，从而构建起兼顾可靠性与时空间分辨能力的综合监测网络。
图4 PFASs传感器的监测时间与检测限
4. 去除PFASs的水处理技术
PFASs因其坚固的碳氟键和表面活性特性，对传统饮用水处理工艺构成持续挑战，常规的混凝、砂滤及气提等方法基本无效。有效的处理策略需专门设计，以分离或化学转化PFASs。
物理分离技术旨在将PFASs从水中转移浓缩，而非降解，主要包括：
吸附技术：颗粒活性炭对长链PFASs去除效率高（常超90%），但对短链PFASs易穿透，且吸附剂会逐渐饱和失效。离子交换树脂对包括部分短链在内的多种PFASs普遍高效，但强吸附力导致其难以再生，多为一次性使用，成本较高。
膜分离技术：反渗透和纳滤能近乎完全截留各类PFASs（去除率≥95%~99%），但能耗高，并产生需进一步处理的浓缩液。
新兴物理方法：泡沫浮选利用PFASs的表面活性进行分离，对长链有效，但对短链效果差；分子印迹聚合物、碳纳米管等新型吸附材料正在研发中以克服传统材料的局限。
化学及破坏性处理方法则致力于从根本上降解PFASs分子：
高级氧化/还原：通常需要强化条件（如添加过硫酸盐）才能有效攻击PFASs，且需注意可能生成短链中间体。
电化学氧化：在实验室中对长链PFASs破坏效率高（常超90%），但处理短链所需能耗更高，且需关注中间产物。
热分解技术：如高温焚烧和超临界水氧化，可实现PFASs的完全矿化（>99.99%），但成本极高，目前主要用于处理浓缩废液，难以大规模应用于水体。
结论与展望
文献计量结果表明，饮用水PFASs研究在过去20年呈持续上升趋势，并在近年快速增长，预计到2030年发文量和引用量仍将大幅增加。美国、中国和瑞典在发文量、引用频次以及重点研究机构方面都具有明显优势。
在环境过程层面，PFASs通过地表径流、土壤扩散、垂向渗滤和大气沉降等多条路径进入饮用水系统，其迁移受土壤有机质、颗粒大小、pH和水力条件等多种因素共同影响。军事基地、工业区、垃圾填埋场等典型点源区域往往呈现出更为严重和复杂的污染格局。
面对“永久性化学品”的挑战，未来研究亟需在两方面发力：
1. 监测技术：发展可实地部署的快速传感器，建立标准化的检测与数据分析流程，实现实验室与现场监测的高效联动；
2. 水处理技术：设计多级“捕获+降解”组合工艺，对不同链长及不同结构类型的PFASs进行协同控制，并尽量降低成本与二次污染风险。
文章信息
文章官网链接
https://www.sciengine.com/WE/doi/10.1016/j.wateco.2025.100017
Citation: Chong Liu, Zipeng Zhang, Fayong Li, et al. Insights into the Fate of Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFASs) in Drinking Water Based on Bibliometric Analysis: Research Hot Spots, Challenges, and Trends. Water & Ecology 2025, 1(3): 100017. DOI: 10.1016/j.wateco.2025.100017.
来源：WE水与生态。投稿、合作、转载、进群，请添加小编微信Environmentor2020！环境人Environmentor是环境领域最大的学术公号，拥有25W+活跃读者。由于微信修改了推送规则，请大家将环境人Environmentor加为星标，或每次看完后点击页面下端的“在看”，这样可以第一时间收到我们每日的推文！环境人Environmentor现有综合群、期刊投稿群、基金申请群、留学申请群、各研究领域群等共20余个，欢迎大家加小编微信Environmentor2020，我们会尽快拉您进入对应的群。
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