Деградація ПФА під час процеси реактивації активованого вуглецю
Jul 31, 2025
Залишити повідомлення
Причина реактивного активованого вуглецю
Використанняактивований вуглецьДля видалення ПФА з води вимагає більш частого реактивації активованого вуглецю. Під киснею - вільної атмосфери при температурі 500 градусів і вище типові речовини, такі як PFOA та PFOS, повністю видаляються з активованого вуглецю і можуть розкладатися. Це допомагає вирішити питання "назавжди хімікатів". Однак деякі продукти деградації утворюються при менших температурах, тому обробка потоку газу під час процесу нагріву -. Більш часта реактивація вимагає значного споживання енергії, а також додаткового транспортування та використання сировини, тим самим збільшуючи вуглецевий слід промисловості, таких як виробництво питної води.
Більшість процесів очищення води, такі як аерація, згортання/флокуляція/осадження, швидка фільтрація, пом'якшення, (просунуте) окислення та повільна фільтрація піску, неефективні у видаленні на - та поліфолоалкіл -речовин (PFA). На відміну від цього, адсорбція з використанням гранульованого активованого вуглецю (GAC) або вуглецю з активованим порошкоподібним (PAC) демонструє високу ефективність видалення PFAS і в даний час є найбільш широко використовуваною технологією видалення PFAS поруч із мембранною фільтрацією. Обидва методи можуть ефективно адсорбувати PFA з води, але не можуть їх розкладати. Тому необхідно вжити заходів для запобігання адсорбованих PFAS від RE -, щоб максимально входити в середовище.
На ефективність видалення PFA впливають їх хімічна структура та навантаження органічних сполук на активоване вуглець. Довгі - ланцюг PFAS (з довжиною вуглецевого ланцюга більше або дорівнює 6 атомам вуглецю) мають більш сильні властивості адсорбції порівняно з короткими - ланцюг PFAS, настільки короткими - ланцюг PFAS зазвичай розкладається швидше. Поширені типи ПФА включають сульфонові кислоти (такі як перфторооктансульфонова кислота, PFOS) та карбонові кислоти (такі як перфторооктанова кислота, PFOA). Сульфонові кислоти мають кращі продуктивність адсорбції, ніж карбонові кислоти, тоді як розгалужені - ланцюг PFA, як правило, мають нижчі адсорбційні ефекти порівняно з не - PFAS.
Коли активований вуглецевий фільтр проривається через (тобто його адсорбційна здатність насичена), GAC потребує лікування реактивації. З цією метою насичений GAC транспортується до реактивації постачальників активованих вуглецю для переробки. Зазвичай використовується мульти - (тип вертикальної кальципінгової печі) зазвичай використовується, де GAC, адсорбований із забруднюючими речовинами зверху. Процес лікування включає наступні етапи: Спочатку висушування GAC при 105 градусах, а потім піролізуючи його на 650 - 850 градусів для видалення домішок, і, нарешті, реактивування в атмосферу без кисню при 800-900 градусів для відновлення адсорбційної активності активованої вуглецевої поверхні [1]. Газ, що утворюється в процесі реактивації, збирається через систему захоплення та нагрівається та окислюється кілька разів у зовнішньому вимушеному пальторі при високій температурі понад 1000 градусів. Потім газ очищають у газовому скрубері, а тверді частинки потрапляють у пастку. Оброблений чистий активований вуглець викидається з дна печі і може бути використаний у застосуванні, такі як виробництво питної води.
Під час процесу реактивації ПФА зазнає різних змін, включаючи видалення, руйнування, трансформацію та мінералізацію. Коли PFA не виявляються на GAC, це вказує на те, що PFA були "видалені". Однак це не означає, що кінцева доля PFAS чітка - вони можуть бути трансформовані шляхом випаровування, деградації або мінералізації. Під час руйнування ПФА молекули батьків погіршуються і зникають. Якщо деградація є неповною, продукти трансформації можуть бути створені, і навіть інші типи PFA можуть утворюватися, що також може бути екологічно токсичним. Тому важливо точно оцінити ступінь деградації та чи генеруються продукти трансформації. Наявність продуктів трансформації можна перевірити за допомогою підозрюваного аналізу відомих або очікуваних продуктів або через цільовий аналіз Non -. Якщо PFA повністю деградовані, тобто досягається мінералізація, всі зв'язки C - F порушені, генеруючи фтор. Потім фтору реагує з водою або кальцієм, утворюючи фторид водню (HF) або фторид кальцію (CAF₂), тим самим мінімізуючи його небезпеку для навколишнього середовища. Решта частин молекул PFAS перетворюються на вуглекислий газ (Co₂) або вода (H₂O).
Хоча процес мінералізації збільшує споживання сировини та енергії, він допомагає вирішити проблему забруднення "назавжди хімічних речовин" в навколишньому середовищі, повністю розкладаючи PFA в не - токсичні елементи (наприклад, фтору, Co₂ та H₂o) [1]. Вимірюючи концентрацію іонів фтору, може бути зроблена спроба встановити баланс маси, щоб перевірити, чи є ПФА повністю мінералізовані. Теоретично повністю мінералізовані ПФА повинні бути на 100% перетворені на виявлені іони фтору. Однак на практиці перевірка цього процесу зазвичай стикається з проблемами, частково тому, що межа аналітичного виявлення фтору є відносно високою (зазвичай близько 20 мкг/л), тоді як концентрація ПФА у воді часто знаходиться на нанограмі на літр (Ng/L), що ускладнює аналіз.
Відомо, що зернистий активований вуглець (GAC) має каталітичний вплив на мінералізацію PER - та поліфтороалкіл -речовин (PFA) в умовах нагрівання. Watanabe та ін. (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%, and 72% відповідно. Коли ПФА адсорбовані на GAC, показники генерації фтору значно зросли до 51%, 74%та 70%відповідно. Крім того, після додавання гідроксиду натрію до колони реактивації, швидкість генерації фтору ще більше покращилася до 74%, 91%та 90%, тоді як залишкова кількість вихідних компонентів PFAS знизилася до менше 1%. Ці результати свідчать про те, що GAC відіграє важливу роль у процесі мінералізації PFA. Однак для ефективного застосування важливо глибоко розуміти фізико -хімічні процеси, що відбуваються на поверхні GAC. GAC може ефективно "утримувати" PFA, поки колона реактивації не досягне температури, придатної для мінералізації. Окрім термохімічних реакцій, фізико -хімічні властивості GAC (такі як структура поверхневих пор та хімічна активність), ймовірно, мають значний вплив на ефективність мінералізації PFA [1].
Якщо лише видалення або руйнування ПФА відбувається без повної мінералізації, PFAS або їх продукти для деградації можуть бути перенесені лише, а не повністю усунені. Без ефективних заходів контролю ці PFA або їх продукти деградації можуть переробити - ввести системи навколишнього середовища та вод, що призводить до RE - забруднення поверхневих вод, і в кінцевому рахунку вимагає вторинного видалення за допомогою GAC. У великій обробці масштабу -, зазвичай вводяться додаткові етапи згоряння та скрубери газу для обробки потоку газу, що виділяється під час процесів реактивації, щоб запобігти випромінювальній продукції деградації. Однак проблема полягає в крайній хімічній стійкості PFA. Відомо, що PFA можуть бути повністю "спаленими" і розкладатися при високих температурах вище 1200 градусів. Тому фактичний ефект звичайних етапів згоряння все ще потребує подальшої перевірки.
Експерименти з повторною активацією
KWR у співпраці з Університет Бат у Великобританії розробив експериментальний пристрій для реактивації активованого вуглецю в контрольованих умовах та систематично вивчаючи поведінку трансформації ПФА. Цей пристрій може точно імітувати процес реактивації, забезпечуючи надійну платформу для оцінки ефективності деградації PFA та оптимізації параметрів процесу.
По -перше, готували високу концентрацію - PFAS "запас розчину", що є розчином, що містить різні речовини на - та поліфтороалкільні речовини (PFA) у відносно високій концентрації. В експерименті цей запас розчину розбавляли до необхідної концентрації для подальших тестів.
Для експерименту було обрано новий зернистий активований вуглець (модель TL - 830, Chemviron). Дві партії активованого вуглецю завантажували перфторооктанесульфоновою кислотою (PFOS) та перфторооктановою кислотою (PFOA) відповідно. Згодом концентрацію ПФА в розчині після завантаження аналізували за допомогою рідинної хроматографії - мас-спектрометрію (LC-MS) в ванній університеті, а навантаження PFAS на активований вуглець розраховували.
Результати показали, що навантаження PFOS становило 81 мкг/г активованого вуглецю, а навантаження PFOA становило 75 мкг/г активованого вуглецю. В експерименті активований вуглець був розділений на групи по 10 грам у кожному, а тепло -, оброблене в трубній печі при 300 градусах, 500 градусів, 700 градусів та 900 градусів відповідно. На початку обробки активований вуглець вперше нагрівали на 105 градусах протягом 30 хвилин, щоб випаровувати в нього вологу, щоб запобігти пошкодженню мікропористої структури активованого вуглецю через розширення пари під час подальшої високої температури-. Потім активований вуглець нагрівали до цільової температури. Протягом усього експерименту газ азоту постійно вводили в трубку для підтримки вільного середовища кисню -. Потік газу, що переливався, конденсували через холодну пастку і очищали послідовно через дві пляшки з прання газу.
Після завершення кожної реактивації систему очищали, а потім для продовження експерименту було завантажено нову партію активованого вуглецю. Обробку при кожному температурному стані повторювали двічі для забезпечення надійності даних. Після реактивації активоване вуглець піддавали аналізу екстракції для визначення вмісту PFA, що залишився на активованому вуглецю. Результати показали, що PFOS та дуже мала кількість PFOA можуть бути виявлені в екстракті лише в умовах реактивації 300 градусів. Коли температура досягла 500 градусів (загальна температура в процесі активованої реактивації вуглецю) і вище, на активованому вуглецю не можна було виявити залишкові PFOS або PFOA.
Опублікувати - Лікування повторної активації
PFOS
Після реактивації PFOS - завантаженого активованого вуглецю, лише C8F16, Perfluoct-1-ene (M/Z 399), якісно виявлено в активованому вуглецю, обробленому на 300 градусів. Цей компонент не був виявлений у холодній пастці або в миттях газу. Після реактивації при 500 градусах (або вище) цю речовину не було виявлено в активованих вуглець, конденсатах або промиванні газових пляшок. Perflurooct-1-een-це молекулярний ланцюг PFOS без характерної сульфонної групи. Він також був виявлений в екстракті завантаженого активованого вуглецю перед реактивацією, але не в запасі. Тому ця речовина вже була присутня на активованому вуглецю.
PFOA
Після повторної активації активованого вуглецю PFOA - на активованому вуглецю не було виявлено продуктів деградації. Однак у конденсатах холодної пастки та газових пляшок було виявлено різні продукти деградації. Продукти трансформації, що утворюються на 300 градусах, і виявлені в конденсатах або пляшках з прання газу, також можуть утворюватися під час підйому температури до більш високих значень і конденсувалися на холодній пастці при нижчих температурах. C8HF14O2 (M/Z 395), який "втратив" один атом фтору під час реактивації, можна знайти в конденсатах і обох пляшках з прання газу. Ця речовина також була присутня в розчині запасу, але була вилучена з активованого вуглецю після реактивації.
C5F9 (M/Z 231), C4F7 (M/Z 181), C3F7 (M/Z 169), C3F5 (M/Z 131) та C2F5 (M/Z 119) - це продукти послідовної деградації, в яких атоми вуглецю або CF2 відбиваються з молекулярної ланцюга. Через якісне вимірювання продуктів деградації неможливо визначити, чи збільшується їх вміст під час високої обробки температури -.
Висновок
У цьому дослідженні було досліджено реактивацію активованого вуглецю, завантаженого PFOS або PFOA. Результати показали, що після лікування активованого вуглецю при температурі не менше 500 градусів, PFOS та PFOA були повністю вилучені з активованого вуглецю і можуть бути деградовані. Продукт деградації PFOS, C8F16, був виявлений лише на активованому вуглецю, обробленому на 300 градусів. Крім того, на активованому вуглеці або в пляшках з промиванням газу не було виявлено жодних продуктів деградації. Продукти деградації PFOA, включаючи C8HF14O2, C5F9, C4F7, C3F7, C3F7 та C2F5, не були знайдені на активованому вуглецю, але були виявлені в конденсатах холодної пастки та двох пляшках для миття газу. Сигнали цих речовин були дуже низькими, тому неможливо було з’ясувати процес лікування при різних температурах (тобто, чи утворювались вони лише під час нагрівання при відносно низьких температурах або також під час лікування при більш високих температурах). Реактивація в аноксичних умовах при температурі вище 500 градусів, схоже, ефективно видаляє PFOS та PFOA з активованого вуглецю, що відповідає твердженням виробників активованого вуглецю. Знайдені продукти трансформації відповідають шляхом деградації, визначеними в літературі [3] та [4]. Однак утворення інших продуктів - неможливо виключити. Вимірювання фтору, запропоноване в цій роботі, ще не дало остаточного балансу маси PFAS, що підкреслює необхідність технологій з нижчими межами виявлення. Реактивація - це ефективний метод видалення ПФА з активованого вуглецю, але чим більше ПФА, які потрібно видалити, тим більше циклів реактивації. Це також означає збільшення транспортування, споживання енергії та споживання сировини, а також зменшення очисної здатності. Це також збільшить вуглецевий слід виробництва питної води. Чиста вода дорогоцінна, але засоби для її отримання високої вартості.
Послати повідомлення