天津工业大学纺织科学与工程学院张美玲/林童教授团队开发了一种基于表面改性香蕉茎秆纳米纤维素的气凝胶吸附材料，可高效去除水体中的全氟与多氟烷基物质（PFAS）。研究团队通过复合聚乙烯亚胺（PEI）和芳纶纤维，并经乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）疏水化改性，构建出高比表面积的仿生分级孔结构。该材料具有超高效吸附性能：在120～180分钟内将多种PFAS（PFOS、PFNA、PFHxS、PFBS等）从初始浓度1000 ppb降至2.87 ng/L（ppt），远低于EPA 2024年饮用水限值标准（如PFOS限值为4 ng/L）；具备广谱吸附优势：对长链PFAS（如PFOS、PFNA）的去除率>99.9%，显著优于传统活性炭与MOFs材料；同时还具有卓越的循环稳定性：经15次吸附—脱附循环后仍保持92.3%的吸附容量，展现出优异的机械与化学稳定性。相关成果以“Effective PFAS removal from water using vinyltrimethoxysilane-modified polyethyleneimine-aramid-banana nanocellulose aerogels”为题，发表在环境领域Top期刊《Separation and Purification Technology》上。

该团队通过冷冻干燥和表面化学改性技术，成功制备出具有多孔结构的NCAA和M-NCAA气凝胶。SEM图像中显示该气凝胶具有优异的孔隙结构和孔连通性。FTIR、XPS与XRD测试证明了VTMS的成功接枝，增强了材料的疏水性和结晶性。力学性能测试显示M-NCAA具备更高的强度与形变恢复能力。

图1 复合气凝胶的制备

图2 复合气凝胶的性能表征

在初始浓度为1000 ppb的PFAS溶液中，M-NCAA在2～3小时内即可将各类PFAS浓度降至2.87～8.9 ppt，其最大吸附容量达到1337 mg/g（以PFOS为例），显著优于未经改性的NCAA。不同形貌结构（中空、片状、球形等）材料的吸附效率存在差异。在水中加入非离子或阳离子表面活性剂可提升材料的PFAS吸附能力，而阴离子则会降低其吸附性能。材料对PFAS展现出广谱吸附特性，Langmuir模型拟合证实了单层化学吸附过程。

图3 M-NCAA气凝胶对PFAS的吸附性能

通过表面接触角、Zeta电位、pH值、FTIR和XPS等多种表征，证实了材料静电吸附、氢键和疏水的协同作用机制。VTMS赋予气凝胶优异的疏水性，PEI和芳纶分别提供了电荷和氢键位点。经过15次的循环吸附-脱附过程，M-NCAA吸附效率始终保持在90%以上，展现出良好的可循环使用性及实际应用潜力。

图4 吸附机理及循环吸附性能

本研究设计制备了一种复合气凝胶材料，其可实现对水中毒性物质PFAS的快速高效去除。该材料性能不仅优于美国环保署（EPA）相关标准，更显著超越多数已报道的吸附剂。材料具备制备工艺简便、成本低廉、环境友好等显著优势。实现该材料的大规模推广应用，不仅能为水生系统中PFAS污染的治理提供全新解决方案，更将为可持续水处理技术的创新发展提供重要支撑。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2025.133667

（来源：易丝帮）