具有多官能季铵化合物和单季铵化合物的改性粘土吸附剂以及用改性粘土吸附剂从受污染样品中吸附全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）的方法技术

一种从受污染样品中吸附PFAS化合物的方法包含将改性粘土吸附剂与所述样品混合。所述改性粘土包含粘土，所述粘土嵌入有单季铵化合物和官能度为3或更大的多官能季铵化合物的共混物。混物。混物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有多官能季铵化合物和单季铵化合物的改性粘土吸附剂以及用改性粘土吸附剂从受污染样品中吸附全氟烷基和多氟烷基物质(PFAS)的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]在此要求于2020年5月22日提交的美国临时专利申请第63/029,261号的优先权的权益，并且所述公开通过引用以其整体并入本文。


[0003]本公开涉及吸附PFAS化合物的方法，并且具体地涉及使用粘土吸附PFAS化合物的方法，所述粘土用一种或多种官能度为3或更大的多官能季胺化合物进行改性。

技术介绍

[0004]全氟化合物(PFC)应用广泛，并且因此已成为全球关注的水环境污染问题。全氟烷基和多氟烷基物质(通常被统称为PFAS)是一组人造化学品，包含PFOA、PFOS、GenX和许多其它化学品。自1940年代以来，PFAS已被制造并且用于各种行业，包含在美国。全氟辛烷磺酸(PFOS)是典型的PFC之一，并且已在许多行业中用作表面活性剂、阻燃剂、润滑剂和聚合物添加剂。全氟辛酸(PFOA)和PFOS已是这些化学品中生产和研究最广泛的。PFC会随时间推移在人体中积累，并且许多不会自然分解。PFAS暴露已被证明对人类健康有害。从废水源中去除PFC对于防止天然水道的污染至关重要。由于PFC通常非常稳定，因此使用一些常规技术(包含生物降解、氧化和还原)，PFC很难在周围环境中分解。吸附已被用作利用常规吸附剂(包含活性炭、树脂和生物吸附剂)从废水、土壤和其它受污染来源中有效去除PFC的替代性方法。

技术实现思路

[0005]以下所列的技术信息在一些方面可能超出本专利技术的公开内容，其专门地由所附权利要求书定义。提供另外的技术信息是为了将实际专利技术置于更广泛的技术背景中并且为了说明可能相关的技术发展。此类不落入所附权利要求书的范围内的另外的技术信息不属于本专利技术的一部分。
[0006]需要改善从土壤、废水和其它受污染来源中吸附PFAS化合物的方法。
[0007]根据本公开的改性粘土吸附剂可以包含粘土，所述粘土嵌入有一种或多种官能度为3或更大的多官能季胺化合物和一种或多种单季胺化合物。在实施例中，基于所述改性粘土吸附剂中存在的季胺化合物的总摩尔数，所述一种或多种多官能季胺化合物以约25mol％至约95mol％的摩尔百分比存在。
[0008]根据本公开的改性粘土吸附剂可以包含第一改性粘土和第二改性粘土，所述第一改性粘土包括嵌入有一种或多种单季胺化合物的粘土，所述第二改性粘土包括嵌入有一种或多种官能度为3或更大的多官能季胺化合物的粘土。在实施例中，所述第二改性粘土可以以这样的量存在于改性粘土吸附剂中，使得基于所述改性粘土吸附剂中存在的季胺化合物
的总摩尔数，所述一种或多种多官能季胺化合物以约25mol％至约95mol％的量存在。
[0009]根据本公开的从受污染样品中吸附PFAS化合物的方法可以包含将改性粘土吸附剂与所述样品混合，其中所述改性粘土吸附剂包括嵌入有一种或多种官能度为3或更大的多官能季胺化合物的粘土。
[0010]根据本公开的从受污染样品中吸附PFAS化合物的方法可以包含将改性粘土吸附剂与所述样品混合，其中所述改性粘土吸附剂包括粘土，所述粘土嵌入有一种或多种单季胺化合物和一种或多种官能度为3或更大的多官能季胺化合物。在实施例中，基于所述改性粘土吸附剂中的所述季胺化合物的总摩尔百分比，所述一种或多种多官能季胺化合物以约25mol％至约95mol％的量存在。
[0011]从受污染样品中吸附PFAS化合物的方法可以包含将改性粘土吸附剂与所述样品混合，其中所述改性粘土吸附剂包括第一改性粘土和第二改性粘土，所述第一改性粘土包括嵌入有一种或多种单季胺化合物的粘土，所述第二改性粘土包括嵌入有一种或多种官能度为3或更大的多官能季胺化合物的粘土。在实施例中，选择所述第一改性粘土的量与所述第二改性粘土的量的比率，使得基于与所述样品混合的所述季胺化合物的总摩尔百分比，所述一种或多种多官能季胺化合物以约25mol％至约95mol％的量存在。
[0012]在本文的改性粘土冰糕或方法中的任何改性粘土冰糕或方法中，所述多官能季胺化合物可以是三官能季胺化合物(在本文中也称为“三季铵盐(triquat)”)。
附图说明
[0013]图1是示出了随三官能季胺化合物摩尔百分比变化的各种PFAS的去除百分比的曲线图；并且
[0014]图2是示出了随三官能季胺化合物摩尔百分比变化的各种PFAS的去除百分比的条形图。
具体实施方式
[0015]以下所列的技术信息在某些方面可能超出本专利技术的公开内容，其专门地由所附权利要求书定义。提供另外的技术信息是为了将实际专利技术置于更广泛的技术背景中并且为了说明可能相关的技术发展。此类不落入所附权利要求书的范围内的另外的技术信息不属于本专利技术的一部分。
[0016]本文公开了用于吸附PFAS化合物的改性粘土吸附剂。改性粘土吸附剂可以包含用一种或多种单季胺化合物和一种或多种官能度为3或更大的多官能季胺化合物的共混物进行改性的粘土组分。改性粘土吸附剂可以用一种或多种官能度为3或更大的多官能季胺化合物进行改性。从受污染样品中吸附PFAS化合物的方法可以包含使所述样品与一种或多种改性粘土吸附剂接触或以其它方式使所述样品暴露于一种或多种改性粘土吸附剂。在此类方法中，改性粘土吸附剂可以用官能度为3或更大的多官能季胺化合物或用单季胺化合物和官能度为3或更大的多官能季胺化合物的共混物进行改性。在本文中的吸附剂中的任何吸附剂中，粘土可以用多于一种单季胺化合物和/或多于一种多官能季胺化合物进行改性。在本文的吸附剂或方法中的任何吸附剂或方法中，多官能季胺化合物可以是三官能季胺化合物(三季铵盐)。
[0017]本公开的改性粘土吸附剂可以通过使粘土与一种或多种季胺化合物或季胺化合物的共混物反应来制备。所述反应在用一种或多种季胺化合物嵌入粘土的条件下进行。改性粘土吸附剂可以包含嵌入有一种或多种官能度为3或更大的多官能季胺化合物的粘土。粘土可以进一步嵌入有一种或多种单季胺化合物和/或一种或多种二季胺化合物。改性粘土吸附剂共混物可以包含第一粘土和第二粘土的共混物，所述第一粘土嵌入有一种或多种单季胺化合物，所述第二粘土嵌入有一种或多种官能度为3或更大的多官能季胺化合物。本公开的吸附剂中的任何吸附剂中的所述一种或多种多官能季胺化合物可以是或可以包含三季铵盐。
[0018]对粘土进行改性以嵌入季胺化合物可以根据本领域任何已知方法(包含湿法加工方法和干法、基于挤出的方法)进行。在实施例中，反应可以包含在粘土中每可交换阳离子混合大约1摩尔的季铵盐。例如，季胺化合物或化合物共混物可以与水混合，并且然后可以将粘土添加到混合物中以使粘土与多官能季胺化合物反应。然后可以将混合物干燥并研磨成颗粒或粉末以供使用。
[0019]本公开的吸附剂应理解为可以通过将污染物吸附到改性粘土吸附剂而与污染物结合、固定或以其它方式缔合的试剂。如本文所指的“吸附”应理解为包含污染物吸附到吸附剂的表面和/或污染物吸附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于从受污染样品中吸附PFAS化合物的改性粘土吸附剂，所述改性粘土吸附剂包括：粘土，所述粘土嵌入有一种或多种官能度为3或更大的多官能季胺化合物和一种或多种单季胺化合物。2.根据权利要求1所述的改性粘土吸附剂，其中所述粘土嵌入有所述一种或多种多官能季胺化合物和所述一种或多种单季胺化合物达到至少50％的所述粘土的总阳离子交换容量。3.一种用于从受污染样品中吸附PFAS化合物的改性粘土吸附剂，所述改性粘土吸附剂包括：第一改性粘土，所述第一改性粘土包括嵌入有一种或多种单季胺化合物的粘土；以及第二改性粘土，所述第二改性粘土包括嵌入有一种或多种官能度为3或更大的多官能季胺化合物的粘土。4.根据前述权利要求中任一项所述的改性粘土吸附剂，其中基于所述改性粘土吸附剂中存在的季胺化合物的总摩尔数，所述一种或多种多官能季胺化合物以至少约20mol％的摩尔百分比存在。5.根据权利要求4所述的改性粘土吸附剂，其中基于所述改性粘土吸附剂中存在的季胺化合物的总摩尔数，所述一种或多种多官能季胺化合物以约20mol％至约80mol％的摩尔百分比存在。6.根据权利要求4所述的改性粘土吸附剂，其中基于所述改性粘土吸附剂中存在的季胺化合物的总摩尔数，所述一种或多种多官能季胺化合物以大于约60mol％至约95mol％的摩尔百分比存在。7.根据权利要求3至6中任一项所述的改性粘土吸附剂，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土各自嵌入有相应的一种或多种单季胺化合物和多官能季胺化合物达到至少约50％的相应的第一改性粘土或第二改性粘土的阳离子交换容量。8.根据前述权利要求中任一项所述的改性粘土吸附剂，其中所述一种或多种多官能季胺化合物具有18个或更多个碳。9.根据前述权利要求中任一项所述的改性粘土吸附剂，其中所述粘土为凹凸棒石、膨润土、蒙脱石、绿脱石、贝得石、铬膨润石、锂蒙脱石、皂石、锌蒙脱石、斯堡卡石、硅镁石、斯文弗石、蛭石、坡缕石、卡龙石和海泡石中的一种或多种。10.根据前述权利要求中任一项所述的改性粘土吸附剂，其中所述改性粘土吸附剂存在于垫中。11.根据前述权利要求中任一项所述的改性粘土吸附剂，其中单官能季胺为二甲基二(C14
‑
C18烷基)氯化铵中的一种或多种。12.一种试剂盒，其包括：根据前述权利要求中任一项所述的改性粘土吸附剂和用于将所述粘土吸附剂添加到受污染样品中以吸附PFAS化合物的说明。13.一种试剂盒，其包括：根据权利要求3所述的改性粘土吸附剂，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土作为单独的组分存在；以及用于将所述第一改性粘土和所述第二改性粘土单独地添加到受污染样品中以形成所
述改性粘土吸附剂的说明，所述第一改性粘土和所述第二改性粘土的量使得基于添加到所述样品中的季胺化合物的总摩尔数，所述一种或多种多官能季胺化合物以20mol％至约80mol％的量存在。14.根据权利要求13所述的试剂盒，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土以这样的量添加，使得基于添加到所述样品中的季胺化合物的总摩尔数，所述一种或多种多官能季胺化合物以20mol％至约80mol％的量存在。15.根据权利要求13或14所述的试剂盒，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土基本上同时添加。16.根据权利要求13或14所述的试剂盒，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土顺序地添加。17.一种从受污染样品中吸附PFAS化合物的方法，所述方法包括：将改性粘土吸附剂与所述样品混合，其中所述改性粘土吸附剂包括粘土，所述粘土嵌入有一种或多种单季胺化合物和一种或多种官能度为3或更大的多官能季胺化合物。18.一种从受污染样品中吸附PFAS化合物的方法，所述方法包括：将粘土、一种或多种单季胺化合物和一种或多种多官能季胺化合物与所述样品混合，其中所述粘土原位嵌入有所述一种或多种单季胺化合物和所述一种或多种多官能季胺化合物以形成改性粘土吸附剂，所述改性粘土吸附剂用于从所述受污染样品中吸附PFAS化合物。19.根据权利要求17或18所述的方法，其中基于所述改性粘土吸附剂中的所述季胺化合物的总摩尔数，所述一种或多种多官能季胺化合物以至少约20mol％的量存在。20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其中基于所述改性粘土吸附剂中的季胺化合物的总摩尔数，所述一种或多种多官能季胺化合物以约20mol％至约80mol％的量存在。21.一种从受污染样品中吸附PFAS化合物的方法，所述方法包括：将改性粘土吸附剂与所述样品混合，其中所述改性粘土吸附剂包括第一改性粘土和第二改性粘土，所述第一改性粘土包括嵌入有一种或多种单季胺化合物的粘土，所述第二改性粘土包括嵌入有一种或多种官能度为3或更大的多官能季胺化合物的粘土。22.根据权利要求21所述的方法，其中选择所述第一改性粘土的量与所述第二改性粘土的量的比率，使得基于与所述样品混合的所述季胺化合物的总摩尔数，所述一种或多种多官能季胺化合物以约20mol％至约80mol％的量存在。23.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土中的每种改性粘土被嵌入达到至少50％的所述粘土的阳离子交换容量。24.根据权利要求21或22所述的方法，其中将所述第一改性粘土和所述第二改性粘土预共混成所述改性粘土吸附剂，使得基于改性粘土吸附剂共混物中的所述季胺化合物的总摩尔数，所述一种或多种多官能季胺化合物以约20mol％至约80mol％的量存在，并且所述第一改性粘土和所述第二改性粘土作为单一组合物与所述样品混合。25.根据权利要求21或22所述的方法，其中将所述改性粘土吸附剂与所述样品混合包括将所述第一改性粘土和所述第二改性粘土以这样的量单独地添加到所述样品中，使得基于与所述样品混合的所述季胺化合物的总摩尔数，所述一种或多种多官能季胺化合物以约
20mol％至约80mol％的量存在。26.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土同时添加。27.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土顺序地添加。28.根据权利要求17至27中任一项所述的方法，其中所述一种或多种多官能季胺化合物包括至少18个碳。29.根据权利要求17至27中任一项所述的方法，其中基于所述改性粘土吸附剂中的季胺化合物的总摩尔数，所述一种或多种多官能季胺化合物以约20mol％至约80mol％的量存在。30.根据权利要求17至29中任一项所述的方法，其中所述粘土为凹凸棒石、膨润土、蒙脱石、绿脱石、贝得石、铬膨润石、锂蒙脱石、皂石、锌蒙脱石、斯堡卡石、硅镁石、斯文弗石、蛭石、坡缕石、卡龙石和海泡石中的一种或多种。31.根据权利要求17至30中任一项所述的方法，其中所述吸附剂中每克改性粘土吸附剂能够吸附至少0.2毫克的PFAS化合物。32.根据权利要求17至31中任一项所述的方法，其中所述样品是受污染土壤，并且所述方法包括将所述受污染土壤和所述改性粘土吸附剂混合，使得所述改性粘土吸附剂以大于约0.5wt％的所述改性粘土吸附剂的量存在于混合物中。33.根据权利要求17至32中任一项所述的方法，其中所述样品是受污染废水流，并且所述方法包括通过使所述受污染水以一定流速穿过所述改性粘土吸附剂的床以维持所述受污染水与所述床至少约1分钟的接触时间来混合所述改性粘土吸附剂和所述受污染水流。34.根据权利要求17至32中任一项所述的方法，其中所述改性粘土吸附剂呈预填充的可渗透垫或金属筐的形式。35.根据权利要求17至32中任一项所述的方法，其中呈颗粒或粉末形式的所述改性粘土吸附剂进入水体中，使得所述改性粘土形成可渗透的反应性阻挡层。36.根据权利要求17至32中任一项所述的方法，其包括通过将所述改性粘土和受污染水在罐中混合来处理来自受污染水流的PFAS化合物。37.根据权利要求17至32中任一项所述的方法，其包括通过将所述改性粘土的悬浮液注射到受污染土壤和或受污染地下水羽流中来处理来自受污染水流的PFAS化合物。38.根据权利要求17至37中任一项所述的方法，其中所述受污染样品是废水。39.根据权利要求17至37中任一项所述的方法，其中所述受污染样品是地下水。40.一种用于从受污染样品中吸附PFAS化合物的改性粘土吸附剂，所述改性粘土吸附剂包括：粘土，所述粘土嵌入有一种或多种三官能季胺化合物和一种或多种单季胺化合物。41.根据权利要求40所述的改性粘土吸附剂，其中基于所述改性粘土吸附剂中存在的季胺化合物的总摩尔数，所述一种或多种三官能季胺化合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔，
申请(专利权)人：特种矿物密执安有限公司，
类型：发明
国别省市：