全氟和多氟烷基物质 (PFAS) 被誉为 20 世纪化学工业的重大成就，并已进入数以万计的消费品中。现在，它们对环境和人类健康的影响正成为一个令人担忧的问题，人们正在寻找避免、去除和替代它们的方法。与此同时，迅速停止生产、购买、使用和丢弃含有 PFAS 的数以万计的产品是我们唯一能做的事情，以阻止这些永久性化学物质进一步积累并造成全球性的永久性问题。
1938 年 4 月 6 日，美国新泽西州科慕钱伯斯工厂杜邦公司的年轻化学家 Roy Plunkett 想利用四氟乙烯气体尝试制造新的氯氟烃，用于冰箱。尽管气罐的重量似乎表明它是满的，但没有气体流出。Plunkett 用锯子打开容器，发现其内部涂有一层蜡状白色物质。他意识到四氟乙烯分子的聚合方式一定与未取代乙烯聚合形成聚乙烯的方式相同，而聚乙烯当时已经为人所知。从本质上讲，他偶然发现的聚合物是聚乙烯（IUPAC 命名法中的聚乙烯）的一种，所有氢都被氟取代。因此，它是一种全氟碳化合物，而不是多氟化合物，其中几个或许多（但不是全部）氢被氟取代。
Plunkett博士（右）发现PTFE的瞬间（后摆拍的）
普兰克特（Plunkett）在杜邦公司的第一项工作是研究新型氯氟烃制冷剂——当时人们认为这种制冷剂比二氧化硫和氨等早期制冷剂有很大进步，而后者经常毒害食品工业工人和家中人员。普兰克特生产了一百磅四氟乙烯气体 (TFE)，并将其储存在干冰温度下的小气瓶中，然后对其进行氯化。当他和他的助手准备使用气瓶时，没有气体流出——但气瓶的重量与以前相同。
“1938 年 4 月 6 日早上，我的助手 Jack Rebok 选择了我们前一天使用的 TFE 气瓶之一，并准备好了仪器。当他打开阀门时——让 TFE 气体在自身压力下从气瓶中流出——什么也没发生。杰克叫我过去，问我是否已经用完了气瓶中的所有 TFE。我说，我想没有。我们俩都摆弄了一下阀门，然后想到它可能卡住了或以某种方式关闭了，我们将气瓶从管线上断开，并将一根电线穿过阀门开口。仍然没有 TFE 流出，尽管气瓶的重量表明里面有物质。我们陷入了困境。在这种情况下我想不出其他办法，所以我们从气瓶上拧下了阀门。到这时，很明显没有剩余的气体了。我小心翼翼地将气瓶倒置，一团白色粉末流到了实验台上。我们用圆筒内的金属丝刮了一些——或者我敲了敲它——我不记得了——以便得到更多的粉末。我这样弄出来的粉末肯定不多，所以我知道里面肯定还有更多。最后，我想更多的是出于好奇，我们决定切开圆筒。当我们这样做时，我们发现更多的粉末堆积在圆筒的底部和下侧。”---普兰克特
原始受让人：Kinetic Chemicals Inc
聚四氟乙烯于 1941 年获得专利，后来注册为 Teflon 商标，但制造成本仍然很高，而且没有明显的商业应用。它首次用于制造原子弹的曼哈顿计划，当时它以耐腐蚀气体六氟化铀的形式用于阀门和垫圈。
现在与这种材料相关的厨具用途直到很久以后才出现，当时是法国妇女 Colette Grégoire 的建议，她的丈夫一直使用这种材料来润滑他的渔具。她的想法导致了 Tefal 品牌不粘煎锅的诞生，而另一项开发在美国生产了 Happy Pan。---这个信息废柴第一次知道。
如今，数百万种不同的全氟和多氟烷基物质已被人们所知，其中许多已用于商业用途。工业产量的一半是特氟龙，其中一半用作电子和高端电气设备（如航空和医疗设备）的绝缘材料。
长期以来，人们一直认为生产中使用的某些 PFAS 材料存在问题，与多种人类健康风险有关，包括癌症、荷尔蒙失调和免疫问题。因此，全氟辛酸 (PFOA, C8) 在 20 世纪 80 年代和 90 年代就已受到怀疑。从 2000 年开始，律师 Robert Bilott 揭露了杜邦和 3M 一直在向环境中释放 PFOA，尽管他们自己的研究表明 PFOA 具有致癌性，至少对动物而言。从那时起，PFOA 已被广泛禁止、逐步淘汰和替代。一个值得注意的例外是它在灭火泡沫中的继续使用。
然而，现在，由于 PFAS 家族中的许多化学物质普遍存在且具有天然稳定性，这些化合物被贴上了“永远的化学物质”的标签，并被认为是化学污染问题的主要部分，而污染是我们已经超越地球界限的关键领域之一（Curr. Biol. (2022) 32, R141–R143）。
由于 PFAS 坚不可摧，因此它们也无处不在。现在，它们在海洋和淡水环境、野生动物以及美国每个接受测试的人的血液中都可以检测到。英国 Watershed Investigations、海洋保护协会和卫报最近进行的一项调查也揭示了野生动物中普遍存在的污染。
根据环境标准，鱼类组织中 PFAS 的最大可容忍浓度为 9.1 μg/kg (ppb)，调查发现，大约一半的采样动物超过了该阈值。如果应用 0.077 ppb 的下限（正如欧盟目前正在考虑的那样），大约 92% 的动物将受到超过该限值的污染。
水生哺乳动物的污染水平最高，水獭 (Lutra lutra) 达到 9,962 ppb，港湾鼠海豚 (Phocoena phocoena) 达到 2,420 ppb，灰海豹 (Halichoerus grypus) 达到 357 ppb，海豚达到 78 ppb。鸟类的水平高达 368 ppb，狐狸高达 129 ppb，鱼类为 41 ppb。
在一项关于水獭 PFAS 污染可能来源的详细研究中，英国卡迪夫大学的 Emily O’Rourke 及其同事将 PFAS 污染与距离特氟龙生产行业的距离、进入水处理厂的 PFAS 负荷以及耕地的距离联系起来 (Environ. Sci. Technol. (2022) 56, 1675–1687)。他们的发现表明，在使用该化合物生产特氟龙的工厂附近的环境中发现了 PFOA。对于 PFAS 而言，将污水污泥施用于农业用地被认为是 PFAS 进入环境和淡水系统的主要途径。研究结果还表明，水獭是检测此类污染的有用哨兵物种。
流域调查组织获得的最新数据还显示，用于农业用地的污水污泥中含有高浓度的 PFAS。美国调查还将污水污泥中的 PFAS 与其在乳制品中的存在联系起来。
另一个持久来源是 PFAS 的使用，包括消防泡沫中的已知致癌物 PFOS。3M 公司几十年来一直在生产此类泡沫，但现在已经停止生产，该公司因声称该材料无害且可生物降解而卷入了多起诉讼。 PFAS 污染在经常使用此类泡沫的地方尤其严重，例如消防训练场，以及经常举行消防演习的机场附近。
泽西岛（海峡群岛）是一个令人惊讶的污染热点，当地机场在每周的消防演习中使用了含有 PFAS 的泡沫。这些化学物质进入了供水系统，导致岛上许多居民的血液中 PFAS 含量危险地高。泽西岛政府任命的一个科学顾问小组得出结论，政府应该研究通过放血疗法降低血液中 PFAS 浓度的可能性，尽管目前还不清楚这是否能保护相关人员免受 PFAS 引起的伤害。目前还在考虑使用降胆固醇药物考来烯胺进行治疗，这种药物可能更有效，但也有副作用的风险。
由于 PFAS 无处不在且持续使用，它很可能成为本世纪的主要污染问题。由于其巨大的经济重要性，政客们还不敢采取严厉措施，但禁令最终可能成为必然。
到目前为止，一些 PFAS 化合物已成为《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》的一部分，该公约于 2004 年生效，仅禁止了 12 种列出的臭名昭著的化学品中的 9 种，但有增加更多化学品的机制。最初的名单包括农药艾氏剂、氯丹、二氯二苯三氯乙烷 (DDT)、狄氏剂、异狄氏剂、七氯、六氯苯、灭蚁灵和毒杀芬，以及工业化学品六氯苯和多氯联苯 (PCB)。
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2009 年，《斯德哥尔摩公约》对全氟辛烷磺酸 (PFOS)、其盐类和全氟辛基磺酰氟进行了限制，但对几种特定用途（包括灭火泡沫和控制切叶蚁）进行了豁免。
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2019 年，PFOA 及其盐类和衍生物被禁止使用，同样有各种具体豁免。
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2022 年，全氟己烷磺酸 (PFHxS) 及其盐类和相关化合物被添加到名单中，但没有豁免。
欧盟委员会目前正在考虑对 PFAS 的生产和使用进行广泛禁令。2023 年 2 月，成员国德国、丹麦、瑞典和荷兰以及非成员国挪威提议在 2026 年实施全面禁令，并为特定物质设定 18 个月至 12 年的宽限期，以允许公司推出目前含有 10,000 多种 PFAS 产品的替代品。
PFAS 生产商开始游说反对该提议，以至于欧洲议会的一群绿党议员在 2025 年 1 月感到有必要发起一项支持禁令的请愿书。
在美国，监管 PFAS 和限制化学物质排放到环境中的举措是在拜登政府执政期间发起的，但这是特朗普上台后首批被行政命令暂停的措施之一。---美国PFAS政策始于特朗普第一个总统期间。
在美国，诉讼似乎是比监管更成功的停止生产的方式。到目前为止，诉讼已经带来了价值超过 110 亿美元的和解，并迫使主要生产商 3M 完全放弃 PFAS 产品。如果欧盟禁令未能实现，专门从事环境诉讼的律师事务所可能会将这种方法扩展到欧洲。
欧盟饮用水指令目前将饮用水中 PFAS 的允许含量限制为 0.5 ppb，将 20 种特定 PFAS 的总含量限制为 0.1 ppb。自 2026 年起，我们将对饮用水进行评估，并强制遵守这些限制。
即使从 2026 年开始逐步淘汰所有 PFAS 生产，已经生产的产品仍将在很长一段时间内（如果不是永远的话）继续损害人类健康和环境。现在使用的产品可能随时进入废物处理流，而挑战在于阻止其中的 PFAS 含量逃逸到环境中。
例如，水处理厂目前的过滤器显然不够用，因为 PFAS 在污水污泥和淡水系统中广泛存在。虽然存在针对有机污染物的过滤方法，但这些方法已被证明效率低下，尤其是对于短链 PFAS 分子。鉴于 PFAS 类型的多样性，应对可能在不同环境中出现的非常不同的化学物质混合物也是一个挑战。
在最近一份关于改进 PFAS 过滤器进展的报告中，德国慕尼黑工业大学的 Nebojša Ilic´ 及其同事分析了几种特别设计的锆羧酸金属有机骨架 (MOF) 的性能，这些骨架与低成本聚合物接枝，作为 C8 等短链 PFAS 的吸附剂 (Adv. Mater. (2024) https://doi.org/10.1002/adma.202413120)。尽管作者在去除效率方面取得了有希望的结果，即使在 ppb 浓度下也是如此，但他们警告说，在将这些 MOF 用作水处理厂的过滤器之前，还需要进行更多的研究和开发。
另一份最近的报告提出了希望，即可以通过生物修复方法从永久化学物质中去除“永久”成分。美国布法罗大学的 Mindula Wijayahena 及其同事发现了一种细菌菌株，在没有其他碳源的情况下，这种菌株能够代谢某些 PFAS 分子（Sci. Total Environ. (2025) 959, 178348）。研究人员研究了 Labrys portucalensis F11，这是一种需氧细菌菌株，分离自葡萄牙埃斯塔雷哈受污染工业场地的土壤。该菌株之前已被证明能够代谢某些氟化化学物质，甚至从氟西汀的全氟甲基中释放氟化物。在这项新研究中，研究人员选择测试该物种对 PFOS 的降解，因为这种 PFAS 化合物是毒性和污染水平方面的主要危险之一，尽管他们也包括了其他化合物以供比较。他们发现，在没有其他碳源的情况下，F11 可以切割和脱氟完全和部分氟化分子的碳链，包括那些具有磺酰基和羧基头基的分子。
然而，降解是一个非常缓慢的过程，需要几个月的时间，强调 PFAS 不是细菌的理想营养物。研究人员观察到 PFAS 显著降解的最短时间是 100 天。在超过六个月的长时间暴露后，细菌甚至从它在第一次攻击污染物时产生的一些代谢物中去除了氟。
研究人员现在希望找到加快生物修复过程并使其更有效的方法。同样，基于这一观察的任何东西可能还需要很长时间才能在所谓的水处理过程的生物强化或受污染土壤的生物修复中找到实际应用。在实际应用中，如果没有其他碳源，细菌似乎只会以氟化分子为目标，这一事实无疑将成为其应用的主要障碍。
与此同时，迅速停止生产、购买、使用和丢弃含有 PFAS 的数以万计的产品是我们唯一能做的事情，以阻止这些永久性化学物质进一步积累并造成全球性的永久性问题。
