2.3   土壤顆粒粒徑對6∶2氟調磺酸遷移行為的影響

2.3.1   飽和條件下的影響

在飽和條件下，6∶2氟調磺酸在不同顆粒粒徑QD1中的BTC相對陡峭且對稱，與NRT的BTC形狀一致(圖3)。柱實驗結果顯示，6∶2氟調磺酸在40～50目和50～60目QD1中的R值分別為1.2和1.3(表3)。較小且相似的R值表明，6∶2氟調磺酸在QD1上固相吸附量較少。通常情況下，粒徑越小的多孔介質具有更大的比表麵積，導致可供PFAS吸附的位點增多，從而增強對PFAS遷移的阻滯作用。現有的研究也表明，小粒徑顆粒具有較高的表麵積，可有效增強對汙染物的吸附。例如，活性炭的顆粒粒徑越大，比表麵積越小，進而降低了其對PFAS的吸附能力和反應動力學速度。然而，在本研究中，6∶2氟調磺酸在40～50目和50～60目QD1中的BTC並無顯著差異，這可能與其在QD1上較小的固相吸附有關，因此介質顆粒粒徑對其在QD1飽和土柱中的遷移無顯著影響。

圖 3 飽和及非飽和條件下6∶2氟調磺酸在不同顆粒粒徑QD1中的穿透曲線

表  3  不同實驗組的實驗回收率及R值

2.3.2   非飽和條件下的影響

盡管在非飽和條件下40～50目QD1中6∶2氟調磺酸的BTC雖然仍表現出較快的突破特征並伴隨輕微拖尾現象(R = 1.7)，但其阻滯程度較飽和條件(R = 1.2)顯著增強。這種差異主要歸因於氣-水界麵的吸附作用，與已有研究結論高度一致。多項研究表明，氣-水界麵吸附對PFAS的遷移阻滯具有重要貢獻。例如，Lyu等通過混相驅替實驗證實，非飽和條件下PFOA的BTC較飽和條件明顯延遲，其中氣-水界麵吸附貢獻了PFOA在土壤中總滯留量的50%～70%。Brusseau等的多項分配研究進一步證明，氣-水界麵吸附是PFAS滯留的主要原因，其建立的多過程修正模型成功模擬了PFAS在包氣帶中的遷移行為。本研究定量分析顯示，在兩種不同顆粒粒徑的QD1土壤中，氣-水界麵吸附貢獻了6∶2氟調磺酸總滯留量的61%，這一結果不僅驗證了前述研究的普遍規律，更明確了氣-水界麵吸附是控製6∶2氟調磺酸在非飽和土壤中遷移阻滯的關鍵因素。

實驗結果表明，當含水飽和度降至65%時，6∶2氟調磺酸在50～60目QD1土柱中的BTC較40～50目土柱呈現明顯右移，且拖尾現象也顯著增強(圖3)。這一現象表明在非飽和條件下，阻滯效應隨土壤顆粒粒徑的減小而顯著增強。此前的研究表明，非飽和條件下，在實驗粒徑範圍內(0.35～1.2 mm)，PFOA在石英砂上的阻滯程度隨粒徑增大而減弱，R值由2.0降至1.2。Costanza-Robinson等證實氣-水界麵最大麵積與介質比表麵積呈線性正相關，Peng等通過對比係統比較不同粒徑介質的比表麵積也得出類似結論，即比表麵積最大的土壤對應的氣-水界麵麵積最大。因此，本研究中觀察到的阻滯效應增強現象可歸因於顆粒粒徑減小導致比表麵積增大，進而顯著增加了氣-水界麵麵積，最終強化了6∶2氟調磺酸在氣-水界麵的吸附作用。

2.4   土壤性質對6∶2氟調磺酸遷移行為的影響

2.4.1   飽和條件下的影響

飽和條件下，6∶2氟調磺酸在兩種不同土壤中的BTC幾乎重合，與NRT的BTC相比無顯著差異，且未表現出明顯的拖尾現象(圖4)。這一現象表明，在本研究采用的有機質含量範圍內(0.06%～0.12%)，6∶2氟調磺酸在土壤中的固相吸附作用較弱，阻滯效應不顯著。這一現象與土壤有機質的雙重作用機製密切相關。土壤有機質通常以陰離子形態存在，當其附著於多孔介質表麵時會產生兩種競爭性效應：一是通過疏水作用促進PFAS的吸附；二是通過增加介質表麵負電荷，與帶負電的PFAS分子產生靜電排斥作用。已有研究表明，較高的土壤有機質含量可通過疏水相互作用導致PFOA在土壤表麵的吸附率更高，從而增加PFOA的保留率然而，當有機質含量低於1.02%時，這種影響顯著減弱。本研究中土壤的有機質含量遠低於該臨界值，因此6∶2氟調磺酸的遷移阻滯效應較弱。這一結論與Wanzek等的研究結果一致，他們發現在低有機質多孔介質中，PFOA和PFOS的遷移行為幾乎不受阻滯。呂雪燕等的研究也支持這一觀點，他們發現在有機質含量為0.17%～1.01%的範圍內，靜電作用對PFOA遷移行為的影響可以忽略。這一發現為解釋本實驗結果提供了新的視角，即在飽和條件下，當有機質含量低於1.02%時，靜電排斥與疏水作用均處於較弱水平，導致6∶2氟調磺酸的遷移主要受水動力過程控製。

圖 4 飽和及非飽和條件下6∶2氟調磺酸在不同有機質含量土壤中的穿透曲線

2.4.2   非飽和條件下的影響

與飽和條件不同，6∶2氟調磺酸在非飽和QD2土柱中遷移的BTC較QD1表現出明顯右移(圖4)，這表明其阻滯效應顯著增強。定量分析表明，氣-水界麵吸附對6∶2氟調磺酸總滯留量的貢獻在QD2土壤中高達98%，遠高於QD1中的61%(表3)。這一差異凸顯了土壤性質對包氣帶中6∶2氟調磺酸遷移行為具有重要影響。特別值得注意的是，雖然QD2的有機質含量(0.12%)高於QD1(0.06%)，但其對6∶2氟調磺酸的阻滯作用反而更強，其原因可能是溶出的有機質與6∶2氟調磺酸競爭氣-水界麵的吸附位點。本研究結果表明，6∶2氟調磺酸在不同環境條件下的土壤中雖然表現出一定的滯留差異，但其整體阻滯程度較低，與短鏈替代物GenX的遷移特性較為相似，在土壤和包氣帶具有明顯的遷移能力。這些發現為理解PFAA前體物在包氣帶中的複雜遷移機製提供了新的視角。

在40～50目QD2中，隨著含水飽和度的降低，6∶2氟調磺酸在土壤中的BTC明顯向右移動，在含水飽和度為65%時6∶2氟調磺酸的R值為3.8，而在飽和條件下則為1.2(表3)。此外，飽和及非飽和條件對6∶2氟調磺酸在不同類型土壤中的遷移行為表現出不同程度的影響。在顆粒粒徑較小的50～60目QD1中，含水飽和度降低引發的氣-水界麵麵積增加使R值提升幅度(ΔR = 1.5)顯著高於在40～50目中(ΔR = 0.5)；而相同顆粒粒徑條件下，有機質含量較低的QD2中R值增幅(ΔR = 2.5)遠高於有機質含量較高的QD1 (ΔR = 0.5)，表明有機質可能與6∶2氟調磺酸競爭氣-水界麵的吸附位點，從而降低其滯留率。以上結果表明含水飽和度、土壤顆粒粒徑及有機質含量共同影響6∶2氟調磺酸的遷移行為，揭示了土壤物理化學性質對PFAA前體物遷移和滯留行為複雜的影響機製。

3.   結論

本研究通過表麵張力實驗和飽和與非飽和條件下的混相驅替柱實驗，係統揭示了6∶2氟調磺酸在土壤中的遷移行為及其關鍵影響因素。實驗結果表明，6∶2氟調磺酸的固相吸附量較小，且在飽和條件下，其遷移行為受土壤顆粒粒徑和有機質含量的影響較小。而在非飽和條件下，其遷移行為發生顯著變化，阻滯效應明顯增強，阻滯係數(R)最高可達3.7，較飽和條件提升210%。通過定量分析發現，氣-水界麵吸附對其滯留的貢獻率高達61%～98%，成為控製6∶2氟調磺酸在非飽和土壤中遷移的關鍵因素。進一步研究表明，土壤物理化學性質對6∶2氟調磺酸的遷移具有重要影響，土壤顆粒粒徑減小會增大氣-水界麵麵積，使R值從1.7增至2.8；而有機質含量降低則減少了溶解性有機質對吸附位點的競爭，導致R值從1.7增至3.7。表麵張力測定結合Szyszkowski方程擬合證實，6∶2氟調磺酸具有顯著強於PFOA和GenX的表麵活性，尤其在低濃度時更易在氣-水界麵富集。綜合研究結果表明，雖然6∶2氟調磺酸在不同土壤中表現出一定的滯留差異，但整體阻滯程度較低(R < 4)，顯示出較強的遷移能力。這一發現對於評估6∶2氟調磺酸作為PFOS替代物的潛在環境風險具有重要啟示意義，提示人們需要特別關注這類替代化合物在包氣帶中的快速遷移特性及其對地下水汙染的威脅。

本研究闡明了6∶2氟調磺酸在理想土壤係統中的遷移規律，為理解PFAA前體物的環境行為提供了新視角，且為其環境風險評估和汙染控製提供了理論依據。但由於實驗土壤性質差異有限，如實驗中土壤顆粒粒徑與有機質含量的區分度不大，結論的普適性需通過不同地域、性質差異顯著的土壤實驗進一步驗證。建議後續研究應著重關注以下方麵：①多組分汙染物共存時的界麵競爭機製；② 6∶2氟調磺酸在土壤-植物係統中的遷移轉化規律；③長期暴露條件下的降解產物及其生態風險；④幹濕交替等動態條件下的遷移模型構建，以全麵評估其環境風險。