活性炭介导水合电子还原降解PFASs的方法技术

本发明专利技术公开了活性炭介导水合电子还原降解PFASs的方法，首先对活性炭进行碾磨，并过100目筛；先配制吲哚溶液，随后将待降解的PFOA溶液和配制好的吲哚溶液均匀混合并加入一定量的活性炭，然后搅拌1小时；在好氧条件下，使用低压汞灯对混合溶液进行光照，实现PFOA的降解和脱氟。本发明专利技术的有益效果是形成一种能高效降解PFASs，且不对水体造成二次污染的方法。研究结果能为降解PFASs提供一种新方法，对于应对PFASs环境污染问题具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
活性炭介导水合电子还原降解PFASs的方法
本专利技术属于环境治理
，涉及以活性炭为载体的水合电子还原降解PFASs。
技术介绍
全氟化合物(Perfluoroalkylsubstances，PFASs)是近年来最受关注的新型污染物之一。经过近半个世纪的生产和使用，PFASs几乎在所有环境介质、人体及动物组织中被检测出来。PFASs非常稳定，在环境中难以自然降解，在动物体内也不被代谢，在食物网中具有生物累积和放大现象，对生态系统和人类健康造成严重威胁。由于PFASs分子的C-F键极性强，键能高，极难断裂，常用的水处理技术无法将其降解。全氟化合物耐热性和化学稳定性极强，广泛用于各种工业和民用领域，其中全氟辛酸(Perfluorooctanoicacid,PFOA)和全氟辛烷磺酸(Perfluorooctanesulfonate,PFOS)是最典型的两种(王亚韡等，2010；Wangetal.,2017)。由于大量生产和使用，PFASs散布于全球各个地方包括一些偏远地区甚至两极地区(Giesyetal.,2002；Heydebrecketal.,2016)，在生物体内和人类的血清、母乳、尿液中均有检出(Jinetal.,2016；Chenetal.,2017)。这类物质非常稳定，在环境中难以自然降解，在动物体内也不被代谢，因此可在全球范围内进行远距离传输，而且在食物网中具有生物累积和放大现象(Kellyetal.,2009；Houtzetal.,2013)，对生态系统和人类健康造成严重威胁(史亚利等，2014；Midgettetal.,2015；Pedersenetal.,2016)。PFASs分子中的C-F键极性强，键能高，极难被水解、光解、氧化和还原，因此常用的水处理技术，如臭氧氧化、活性污泥、厌氧消化、加氯消毒、芬顿氧化等无法将其降解，活性炭吸附、离子交换和反渗透等方法可去除水体中PFASs，但仍需后续方法将其彻底消除以避免造成二次污染(Panetal.,2016；Merinoetal.,2016)，因此开发能够有效降解PFASs的方法意义重大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供活性炭介导水合电子还原降解PFASs的方法，本专利技术的有益效果是形成一种能高效降解PFASs，且不对水体造成二次污染的方法。研究结果能为降解PFASs提供一种新方法，对于应对PFASs环境污染问题具有重要意义。本专利技术所采用的技术方案是按照以下步骤进行：(a)对活性炭进行碾磨，并过100目筛；(b)先配制吲哚溶液，随后将待降解的PFOA溶液和配制好的吲哚溶液均匀混合并加入一定量的活性炭，然后搅拌1小时；(c)在好氧条件下，使用低压汞灯对步骤(b)中得到的混合溶液进行光照，实现PFOA的降解和脱氟。进一步，步骤(a)中对活性炭进行碾磨过筛的步骤为：(1)称量5g活性炭放置与玛瑙研钵中；(2)进行碾磨；(3)过100目筛，得到粒径小于150μm的活性炭。进一步，步骤(b)中配制反应溶液的步骤为：(i)将配制好的吲哚溶液和待处理的PFOA溶液均匀混合；(ii)将步骤(a)中得到的活性炭分散于步骤(i)配制的溶液中并调节溶液的pH值；(iii)使用磁力搅拌对步骤(ii)中配制的反应溶液搅拌1小时。进一步，步骤(c)中降解PFOA的步骤为：(m)首先将步骤(b)中得到的反应溶液转移至圆柱形石英玻璃反应器内，随后将一盏低压汞灯浸没到反应溶液中，开灯进行降解反应，反应体系为开放体系，不做隔绝空气处理。进一步，步骤(ii)中，用0.1mol/L的HCl和NaOH调节溶液的pH值至7.0。进一步，步骤(m)中总反应体积为260mL，反应温度控制在25±1℃，反应时间为15小时，光源为一盏36W的飞利浦低压汞灯(出射光波长主要集中在254nm)；反应液中吲哚和PFOA的浓度分别为1mmol/L和10mg/L。进一步，水为超纯水，反应均在开放条件下进行，不做隔绝空气处理。附图说明图1是活性炭为载体的水合电子还原降解PFASs反应示意图；图2为本专利技术中活性炭对PFOA的吸附热力学曲线图；图3为本专利技术中活性炭对吲哚的吸附热力学曲线图；图4为本专利技术中不同反应条件下PFOA降解的动力学曲线图；图5为本专利技术中不同反应条件下PFOA脱氟的动力学曲线图；图6为本专利技术中PFOA降解的中间产物动力学曲线图；图7为本专利技术中不同反应条件下水合电子的产生情况。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术以活性炭为载体，以吲哚为产生水合电子的母体物质，开展水合电子降解PFASs的研究。以全氟辛酸(PFOA)作为PFASs的典型代表性物质，通过吸附和光化学实验研究吸附行为及降解动力学，对产物进行定量和定性分析，推导降解路径；借助自由基原位检测实验，从微观视角探究活性炭孔道结构及表面性质对水合电子降解PFOA的影响，阐明作用机制，实现好氧范围内利用水合电子高效降解PFOA。以活性炭为载体的水合电子还原降解PFOA反应示意图见图1。实施例1测定活性炭对PFOA和吲哚的吸附能力，其步骤为；(1)准备初始浓度从0.00483到2.415mmol/L的PFOA水溶液各10mL，分别加入5mg活性炭，室温下震荡24h，离心取上清液测定PFOA的浓度，使用langmuir模型拟合活性炭对PFOA的吸附等温线，模型为qe＝(KL×Cmax×Ce)/(1+KL×Ce)，得到PFOA在活性炭上的最大吸附量Ce(mmol/g)＝0.462，R2＝0.996。同理，制备初始浓度从0.01到1.5mmol/L的吲哚水溶液各10mL，分别加入5mg活性炭，室温下震荡24h，离心取上清液测定吲哚的浓度绘制吸附等温线，同理得到吲哚在活性炭上的最大吸附量Ce(mmol/g)＝2.832，R2＝0.986。由此可以得出结论：对活性炭对PFOA和吲哚具有的良好的吸附能力，可以作为反应载体将PFOA和吲哚吸附浓集至其表面。具体曲线见图2和3。图2活性炭对PFOA的吸附。由图2可知活性炭可以有效吸附水体中的PFOA，但吸附PFOA后的活性炭需要进一步处理实现PFOA的彻底降解，以免造成二次污染。图3活性炭对吲哚的吸附。由图3可知活性炭对吲哚也具有优良的吸附能力，吸附量较高。实施例2降解反应，其步骤为：进行降解反应前，首先将配制好的吲哚溶液和PFOA溶液均匀混合，随后将活性炭分散于溶液中并使用0.1mmol/L的NaOH和HCl调节溶液的pH＝7.0，使用磁力搅拌对配制好的反应溶液搅拌1小时，将准备好的反应溶液转移至圆柱形石英玻璃反应器内，开放环境下，将一盏低压汞灯浸没到反应溶液中，开灯进行降解反应。反应体积为260mL，反应温度控制在25±1℃，反应时间为15小时，光源为一盏36W的飞利浦低压汞灯(出射光波长主要集中在254nm),反应液中PFOA和吲哚的浓度分别为10mg/L和1mmol/L，活性炭浓度为1.0g/L。每隔1小时采样2mL，样品分成两份，一份用2倍体积的甲醇萃取后以高效液相色谱质谱(HPLC-MS/MS)检测PFOA剩余含量，另一份加入两倍体积的纯水，漩涡震摇1分钟后，用0.22μm水相滤膜过滤，然后用离子色谱(IC)测量生成的F离子含量，以此计算PFOA的降解率和脱氟率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.活性炭介导水合电子还原降解PFASs的方法，其特征在于按照以下步骤进行：(a)对活性炭进行碾磨，并过100目筛；(b)先配制吲哚溶液，随后将待降解的PFOA溶液和配制好的吲哚溶液均匀混合并加入一定量的活性炭，然后搅拌1小时；(c)在好氧条件下，使用低压汞灯对步骤(b)中得到的混合溶液进行光照，实现PFOA的降解和脱氟。

【技术特征摘要】
1.活性炭介导水合电子还原降解PFASs的方法，其特征在于按照以下步骤进行：(a)对活性炭进行碾磨，并过100目筛；(b)先配制吲哚溶液，随后将待降解的PFOA溶液和配制好的吲哚溶液均匀混合并加入一定量的活性炭，然后搅拌1小时；(c)在好氧条件下，使用低压汞灯对步骤(b)中得到的混合溶液进行光照，实现PFOA的降解和脱氟。2.按照权利要求1所述活性炭介导水合电子还原降解PFASs的方法，其特征在于：所述步骤(a)中对活性炭进行碾磨过筛的步骤为：(1)称量5g活性炭放置与玛瑙研钵中；(2)进行碾磨；(3)过100目筛，得到粒径小于150μm的活性炭。3.按照权利要求1所述活性炭介导水合电子还原降解PFASs的方法，其特征在于：所述步骤(b)中配制反应溶液的步骤为：(i)将配制好的吲哚溶液和待处理的PFOA溶液均匀混合；(ii)将步骤(a)中得到的活性炭分散于步骤(i)配制的溶液中并调节溶液的pH值；(iii)使用磁力搅拌对步骤(ii)中配制的反应溶液搅拌1小时...

【专利技术属性】
技术研发人员：田浩廷，杨晓辉，刘艳，
申请(专利权)人：临沂大学，
类型：发明
国别省市：山东,37