天津工业大学纺织科学与工程学院张美玲/林童教授团队开发出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）。该材料通过复合聚乙烯亚胺（PEI）、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，具备超高效、广谱、可循环的吸附性能。
高性能吸附材料突破PFAS治理难题
M-NCAA气凝胶在120–180分钟内可将多种PFAS（如PFOS、PFNA、PFHxS、PFBS等）从初始浓度1000 ppb降至2.87 ng/L（ppt），远低于美国环保署（EPA）2024年饮用水限值标准（PFOS为4 ng/L）。其对长链PFAS的去除率超过99.9%，显著优于传统活性炭及金属有机框架（MOFs）材料。
优异的循环稳定性与实际应用潜力
材料经15次吸附–脱附循环后仍保持92.3%的吸附容量，展现出良好的机械强度与化学稳定性。力学测试表明，改性后的M-NCAA具有更高的抗压强度和形变恢复能力，适合长期反复使用。
多机制协同作用实现高效吸附
研究表明，PFAS的去除主要依赖静电吸附、氢键作用与疏水相互作用的协同效应。VTMS赋予材料优异的疏水性，而PEI和芳纶分别提供正电荷位点和氢键结合位点。Langmuir模型拟合证实其为单层化学吸附过程。
绿色环保且具备规模化前景
该材料以农业废弃物香蕉茎秆为原料，制备工艺简便、成本低、环境友好。研究团队通过冷冻干燥与表面化学改性成功构建多孔结构，SEM图像显示其具备高孔隙率与良好连通性。FTIR、XPS和XRD分析验证了VTMS的成功接枝。
图1 复合气凝胶的制备
图2 复合气凝胶的性能表征
图3 M-NCAA气凝胶对PFAS的吸附性能
图4 吸附机理及循环吸附性能
该研究成果以“Effective PFAS removal from water using vinyltrimethoxysilane-modified polyethyleneimine-aramid-banana nanocellulose aerogels”为题发表于环境领域Top期刊《Separation and Purification Technology》。天津工业大学博士生Muhammad Yousif为第一作者，张美玲教授与林童教授为通讯作者，苏州大学Biqees Hussain和Talha Khan参与研究。项目获国家自然科学基金等支持。
