Деградация на PFAS по време на процеса на реактивиране на активен въглерод
Jul 31, 2025
Остави съобщение
Причината за реактивиране на активен въглерод
Използването наАктивен въглеродЗа отстраняване на PFAs от водата изисква по -често реактивиране на активирания въглерод. Под кислород - свободна атмосфера, при температури от 500 градуса и повече, типичните вещества като PFOA и PFOS са напълно отстранени от активирания въглерод и могат да се разлагат. Това помага да се справи с проблема „завинаги химикали“. Въпреки това, някои продукти за разграждане се образуват при по -ниски температури, така че след - обработката на газовия поток по време на отоплителния процес е от решаващо значение. По -честото реактивиране изисква значителна консумация на енергия, както и допълнително използване на транспортиране и суровини, като по този начин се увеличава въглеродният отпечатък на индустриите, като производството на питейна вода.
Повечето процеси за пречистване на водата, като аерация, коагулация/флокулация/утаяване, бързо филтриране, омекотяване, (напреднало) окисляване и бавна пясъчна филтрация, са неефективни при отстраняване на - и полифлуороалкил вещества (PFAS). За разлика от тях, адсорбцията, използваща гранулиран активен въглерод (GAC) или прахов активен въглерод (PAC), проявява висока ефективност при отстраняване на PFAS и в момента е най -широко използваната технология за отстраняване на PFAS до филтрирането на мембраната. И двата метода могат ефективно да адсорбират PFA от вода, но не могат да ги разлагат. Следователно трябва да се предприемат мерки за предотвратяване на адсорбираните PFAs от -, които влизат в околната среда колкото е възможно повече.
Ефективността на отстраняването на PFAS се влияе от тяхната химическа структура и натоварването на органичните съединения върху активирания въглерод. Дълга - верига pfas (с дължина на въглеродната верига, по -голяма или равна на 6 въглеродни атома) имат по -силни адсорбционни свойства в сравнение с къса - верига pfas, така че кратка - верига PFAs обикновено се разлага по -бързо. Общите видове PFAs включват сулфонични киселини (като перфлуороктанесулфонова киселина, PFOS) и карбоксилни киселини (като перфлуороктанова киселина, PFOA). Сулфоновите киселини имат по -добра ефективност на адсорбцията от карбоксилните киселини, докато разклонените - веригата PFAs обикновено имат по -ниски адсорбционни ефекти в сравнение с не - разклонени PFAs.
Когато се пробие активен въглероден филтър (т.е. неговият адсорбционен капацитет е наситен), GAC трябва да претърпи лечение с реактивиране. За тази цел наситеният GAC се транспортира до съоръженията за реактивиране на доставчици на активен въглерод за обработка. Обикновено се използва мулти - пещ за огнище (вид вертикална калцираща пещ), където GAC, адсорбиран със замърсители, се подава от върха. Процесът на лечение включва следните стъпки: Първо, изсушавайки GAC на 105 градуса, след това го пиролизира при 650 - 850 градуса за отстраняване на примесите и накрая я реактивира в атмосфера без кислород при 800-900 градуса, за да се възстанови адсорбционната активност на активността на въглеродната повърхност [1]. Газът, генериран по време на процеса на реактивиране, се събира чрез улавна система и се нагрява и окислява многократно във външна принудителна горелка при висока температура над 1000 градуса. След това газът се пречиства в газов скрубер и твърдите частици се хващат. Третираният чист активен въглерод се изхвърля от дъното на пещта и може да се използва повторно в приложения като производство на питейна вода.
По време на процеса на реактивиране PFA претърпяват различни промени, включително отстраняване, унищожаване, трансформация и минерализация. Когато PFA не бъдат открити на GAC, това показва, че PFAS са „отстранени“. Това обаче не означава, че крайната съдба на PFAS е ясна - Те могат да бъдат трансформирани чрез изпаряване, разграждане или минерализация. По време на унищожаването на PFAS родителските молекули се разграждат и изчезват. Ако деградацията е непълна, могат да се генерират продукти за трансформация и дори да се образуват други видове PFAs, които също могат да бъдат токсични за околната среда. Следователно е от съществено значение точно да се оцени степента на разграждане и дали се генерират продукти за трансформация. Наличието на продукти за трансформация може да бъде проверено чрез заподозрян анализ на известни или очаквани продукти или чрез Non - целеви анализ. Ако PFAs са напълно деградирани, т.е. минерализацията се постига, всички C - F връзки са прекъснати, генерирайки флуорид. След това флуоридът реагира с вода или калций, за да образува водороден флуорид (HF) или калциев флуорид (CAF₂), като по този начин минимизира опасностите от околната среда. Останалите части на PFAS молекулите се превръщат във въглероден диоксид (CO₂) или вода (H₂O).
Въпреки че процесът на минерализация увеличава консумацията на суровини и енергия, той помага за справяне с проблема с замърсяването на „завинаги химикали“ в околната среда, като напълно разлагат PFAs в не - токсични елементи (като флуорид, CO₂ и H₂O) [1]. Чрез измерване на концентрацията на флуоридни йони може да се направи опит за установяване на масов баланс, за да се провери дали PFAs са напълно минерализирани. Теоретично, напълно минерализираните PFAs трябва да бъдат 100% преобразувани в откриваеми флуоридни йони. На практика обаче проверката на този процес обикновено е изправена пред предизвикателства, отчасти защото границата на аналитично откриване на флуорид е сравнително висока (обикновено около 20 µg/L), докато концентрацията на PFA във вода често е на нанограмата на литър (NG/L), което затруднява анализа.
Известно е, че гранулиран активен въглерод (GAC) има каталитичен ефект върху минерализацията на per - и полифлуороалкилни вещества (PFAs) при условия на нагряване. Watanabe et al. (2018) [2] conducted studies in an oxygen-free nitrogen (N₂) atmosphere at 700℃and found that the fluoride generation rates during the mineralization of perfluorooctanoic acid (PFOA), perfluorohexanoic acid (PFHxA), and perfluorooctanesulfonic acid (PFOS) were 30%, 46% и 72% съответно. Когато PFAs се адсорбират върху GAC, скоростта на генериране на флуор значително се увеличава съответно до 51%, 74%и 70%. Освен това, след добавяне на натриев хидроксид към колоната за реактивация, скоростта на генериране на флуор е допълнително подобрена до 74%, 91%и 90%, докато остатъчното количество на първоначалните компоненти на PFAS спадна до по -малко от 1%. Тези резултати показват, че GAC играе важна роля в процеса на минерализация на PFAS. За ефективно приложение обаче е от решаващо значение дълбоко да се разберат физикохимичните процеси, протичащи на повърхността на GAC. GAC може ефективно да "запази" PFAS, докато колоната за реактивация достигне температура, подходяща за минерализация. В допълнение към термохимичните реакции, физикохимичните свойства на GAC (като повърхностна структура на порите и химическа активност) вероятно имат значително влияние върху ефективността на минерализацията на PFAs [1].
Ако възникне само отстраняването или унищожаването на PFAS без пълна минерализация, PFAS или техните продукти за разграждане могат да бъдат прехвърлени само, а не напълно елиминирани. Без ефективни мерки за контрол, тези PFAs или техните продукти за деградация могат да повторят - да влязат в системите за околна среда и водите, което води до повторно замърсяване на повърхностните води и в крайна сметка изисква вторично отстраняване с помощта на GAC. При големи - обработка на скалата, допълнителни етапи на изгаряне и газови скрубер обикновено се въвеждат за справяне с газовия поток, освободен по време на процеса на реактивиране, така че да се предотврати излъчването на продуктите на разграждане. Проблемът обаче се крие в екстремната химическа стабилност на PFAS. Известно е, че PFA могат да бъдат напълно „изгорени“ и да се разлагат при високи температури над 1200 градуса. Следователно действителният ефект от конвенционалните стъпки за горене все още се нуждае от допълнителна проверка.
Експерименти с реактивиране
KWR, в сътрудничество с Университета в Бат във Великобритания, е разработил експериментално устройство за реактивиране на активен въглерод при контролирани условия и систематично изучава поведението на трансформация на PFAS. Това устройство може точно да симулира процеса на реактивиране, осигурявайки надеждна платформа за оценка на ефективността на разграждане на PFAS и оптимизиране на параметрите на процеса.
Първо се подготвя висока концентрация - PFAS "разтвор" на запасен разтвор ", който е разтвор, съдържащ различни за - и полифлуороалкилни вещества (PFAS) в сравнително висока концентрация. В експеримента този запасен разтвор се разрежда до необходимата концентрация за последващи тестове.
За експеримента е избран нов гранулиран активен въглерод (модел TL - 830, Chemviron). Две партиди активен въглерод се зареждат съответно с перфлуороктанасулфонова киселина (PFOS) и перфлуороктанова киселина (PFOA). Впоследствие концентрацията на PFAs в разтвора след зареждане се анализира чрез течна хроматография - масспектрометрия (LC-MS) в Университета в банята и се изчислява натоварването на PFAS върху активирания въглерод.
Резултатите показват, че натоварването на PFOS е 81 µg/g активен въглерод и натоварването на PFOA е 75 µg/g активен въглерод. В експеримента активираният въглерод беше разделен на групи от 10 грама всяка, а топлина -, третирана в тръбна пещ на 300 градуса, 500 градуса, съответно 700 градуса и 900 градуса. В началото на обработката активираният въглерод първо се нагрява на 105 градуса за 30 минути, за да се изпари влагата, съдържаща се в него, така че да се предотврати увреждането на микропорестата структура на активирания въглерод поради разширяването на парата по време на последващото високо ниво на температура -. След това активираният въглерод се нагрява до целевата температура. По време на целия експеримент азотният газ се въвежда непрекъснато в пещта на тръбата, за да се поддържа кислород - свободна среда. Изтичащият газов поток се кондензира през студен капан и се пречиства последователно през две бутилки за измиване на газ.
След завършване на всяко реактивиране системата се почиства и след това се зарежда нова партида активен въглерод, за да продължи експеримента. Лечението при всяко температурно състояние се повтаря два пъти, за да се гарантира надеждността на данните. След реактивиране активираният въглерод се подлага на анализ на екстракцията, за да се определи съдържанието на PFAs, останали върху активирания въглерод. Резултатите показват, че PFOS и много малко количество PFOA могат да бъдат открити в екстракта само при условие на реактивиране на 300 градуса. Когато температурата достигне 500 градуса (обща температура в процеса на активиран въглерод) и по -горе, не може да се открие остатъчен PFOS или PFOA на активирания въглерод.
Публикуване - Лечение за реактивиране
PFOS
След реактивирането на PFOS - зареден активен въглерод, само C8F16, Perfluorooct-1-Een (M/Z 399), се открива качествено в активирания въглерод, третиран на 300 градуса. Този компонент не е открит в бутилките за измиване на студ или газ. След реактивиране на 500 градуса (или по -високо), това вещество не е открито в активирания въглерод, кондензати или бутилки за измиване на газ. Perfluorooct-1-Eene е молекулна верига PFOS без характерна група сулфон. Той е открит и в екстракта на заредения активен въглерод преди реактивиране, но не и в запасния разтвор. Следователно това вещество вече присъства на активния въглерод.
Pfoa
След реактивирането на PFOA - зареден активен въглерод, не са открити продукти за разграждане на активирания въглерод. Въпреки това, в кондензатите на студения капана и газовите бутилки обаче са открити различни продукти за разграждане. Продуктите за трансформация, образувани на 300 градуса и се намират в кондензатите или бутилките за измиване на газ, също могат да се образуват по време на процеса на повишаване на температурата до по -високи стойности и се кондензират в студения капан при по -ниски температури. C8HF14O2 (M/Z 395), който "е загубил" един флуор атом по време на реактивиране, може да се намери в кондензатите и двете бутилки за измиване на газ. Това вещество също присъства в запасния разтвор, но се отстранява от активирания въглерод след реактивиране.
C5F9 (M/Z 231), C4F7 (M/Z 181), C3F7 (M/Z 169), C3F5 (M/Z 131) и C2F5 (M/Z 119) са последователни продукти за разграждане, в които въглеродните атоми или CF2 са откъснати от молекулярната верига. Поради качественото измерване на продуктите на разграждане е невъзможно да се определи дали тяхното съдържание се увеличава или намалява по време на високо - температурна обработка.
Заключение
Това проучване изследва реактивирането на активиран въглерод, натоварен с PFOS или PFOA. Резултатите показват, че след третиране на активния въглерод при температура от най -малко 500 градуса, PFOS и PFOA са напълно отстранени от активирания въглерод и могат да бъдат разградени. Продуктът за разграждане на PFOS, C8F16, е открит само при активирания въглерод, обработен на 300 градуса. В допълнение, не са открити продукти за разграждане на активирания въглерод или в бутилките за измиване на газ. Продуктите за разграждане на PFOA, включително C8HF14O2, C5F9, C4F7, C3F7, C3F7 и C2F5, не са открити върху активния въглерод, но са открити в кондензатите на студента и двете бутилки за промиване на газ. Сигналите на тези вещества бяха много ниски, така че беше невъзможно да се изясни процеса на лечение при различни температури (т.е. независимо дали те се образуват само по време на нагряване при сравнително ниски температури или също по време на третиране при по -високи температури). Реактивирането при аноксични условия при температури над 500 градуса изглежда ефективно премахва PFOS и PFOA от активен въглерод, което е в съответствие с твърденията на производителите на активен въглерод. Намерените трансформационни продукти съответстват на пътищата за разграждане, идентифицирани в литературата [3] и [4]. Въпреки това, образуването на други от - продукти не може да бъде изключено. Измерването на флуорид, предложено в този документ, все още не е довело до окончателно баланс на масата на PFAS, което подчертава необходимостта от технологии с по -ниски граници на откриване. Реактивирането е ефективен метод за отстраняване на PFAs от активен въглерод, но колкото повече PFAs трябва да бъдат отстранени, толкова повече цикли на реактивиране са необходими. Това също означава увеличен транспорт, консумация на енергия и консумация на суровини, както и намален капацитет за пречистване. Освен това ще увеличи въглеродния отпечатък на производството на питейна вода. Чистата вода е ценна, но средствата за получаване на нея идват на висока цена.
Изпрати запитване