吸附去除废水中全氟化合物及高选择性氟化吸附剂的研究

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全氟化合物(PFCs)是一类典型的有机污染物,在水环境中普遍存在,对动物和人体具有潜在危害。PFCs在水环境中的污染主要来自工业废水的直接排放,现有水处理工艺难以有效去除PFCs。吸附技术在处理PFCs这类极难降解化合物方面相比其他技术具有显著的优势和潜力。本文针对实际废水中的PFCs,研制和筛选高效吸附材料;根据C-F长链的疏油亲氟特性,研发氟化材料以高效选择性去除PFCs,并研究选择吸附特性和机理。主要研究内容和成果如下:生产全氟辛基磺酰氟过程中产生的洗涤废水含有高浓度的全氟羧酸(PFCAs)。研究表明扩孔竹基活性炭(BAC)和阴离子交换树脂IRA67可有效吸附去除其中的PFCAs。BAC和IRA67可以分别通过乙醇溶液或NaCl/甲醇溶液再生。IRA67在五个循环中对三种PFCAs的去除保持稳定。镀铬废水中含有全氟辛烷磺酸盐(PFOS)及全氟烷基醚烷磺酸盐(即F-53B)。研究发现通过一步KOH活化商业椰壳活性炭,可制备得到2-5 nm孔径范围扩孔的再活化活性炭(R-CAC)。当投加量高于200 mg/L时,R-CAC对废水中PFOS和F-53B的去除率达到90%以上。使用过的饱和R-CAC可通过水热活化过硫酸盐氧化方法有效再生。通过阳离子交换反应合成了一种新型氟化季铵盐(PFQA)改性的蒙脱石(F-MT),可从水中选择性吸附PFOS和全氟辛酸(PFOA)。在其他碳氢有机污染物存在下,F-MT对PFOS和PFOA具有极好的选择性。竞争吸附和密度泛函理论计算结果表明,PFOS和PFOA吸附在F-MT的C-F链上,而碳氢有机物则吸附在F-MT的碳氢部分。通过球磨可将纳米Fe3O4负载到PFQA改性的蛭石材料上,得到了一种具有高选择性和快速吸附PFOS的新型磁性氟化吸附剂。Fe3O4负载的氟化蛭石(F-VT)对PFOS的吸附快速,初始吸附速率达到3759.4mg/g/h。亲水性的Fe3O4纳米颗粒增加了F-VT在水中的分散性,并提供了磁分离性。由于插入蛭石层中的C-F链的疏油性和亲氟性,复合氟化材料在其他有机物存在下对PFOS具有优异的吸附选择性。对泡沫灭火液废水中PFOS去除能力优于粉末活性炭和IRA67阴离子交换树脂。氟化吸附剂可通过甲醇溶液再生,重复使用5次,PFCs的吸附去除效果稳定。
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