一种吸附短链全氟化合物的方法技术

本发明专利技术公开了一种吸附短链全氟化合物的方法，包括以下步骤：根据目标水体中溶解性有机物DOC的浓度，通过水汽扩散方式制备不同微孔分布比的受限水改性活性炭，用受限水改性活性炭吸附目标水体中的短链全氟化合物。本方法通过无试剂、低成本的水汽扩散法在活性炭孔道内构造受限水结构，以高度断裂的受限水氢键网络驱动短链全氟化合物在活性炭纳米孔中的传质过程,显著提高短链全氟化合物的吸附容量。通过本方法制备的受限水改性活性炭可原位升级现有活性炭吸附工艺，实现微污染水体、饮用水及污水中短链全氟化合物的高效去除，对保障水质安全具有重要意义。水质安全具有重要意义。水质安全具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种吸附短链全氟化合物的方法


[0001]本专利技术涉及一种水处理方法，具体涉及一种吸附短链全氟化合物的方法。

技术介绍

[0002]全氟化合物在生态环境中的持久性、累积性和健康危害在世界范围内达成共识，其中使用最为广泛的长链全氟化合物(链长＞7)，如全氟辛烷磺酸PFOS和全氟辛酸PFOA等，已被《斯德哥尔摩公约》限制生产和使用。为补充长链全氟化合物的缺失，未被禁止的短链全氟化合物(链长≤7)被大量生产排放，并逐步取代长链成为各类环境水体(例如，河流、饮用水和市政污水等)污染的主要全氟化合物类别。然而，相关研究表明短链全氟化合物较长链更易通过水迁移发生人体暴露并在血液中具有更长的半衰期，从而产生更严重的发育毒性、内分泌干扰以及免疫缺陷等人体健康问题。因此，最大限度地去除污染水体中短链全氟化合物，保障水生态健康和饮用水安全，是当前应对全氟化合物全球生态危机的关键。
[0003]由于C
‑
F键键能高达536kJ/mol，全氟化合物能够抵抗绝大多数化学和生物酶解反应，导致传统水处理过程失效。吸附法是当前去除水体中全氟化合物的最常用手段，尤其是活性炭吸附技术被认为能够打破全氟化合物在水环境中的“永久循环”。然而，随着链长的减少，短链全氟化合物亲水性的增强使其无法匹配活性炭的疏水性传质方式，进而导致活性炭吸附装置在实际应用中的快速突破。针对这一问题，目前已有研究致力于开发新型吸附材料来强化去除短链全氟化合物。例如，申请号为201610104217.6的中国专利技术专利公开了一种去除水环境中典型全氟化合物吸附剂的制备方法，该专利技术利用分子印迹技术，以2
‑
(三氟甲基)丙烯酸和4
‑
乙烯基吡啶作为双功能单体，PFOA为模板分子，EDMA为交联剂合成了双功能单体分子印迹聚合物TFMAA/4
‑
Vpy
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MIP。结果表明该吸附剂可同时去除水环境中多种全氟化合物，重复使用5次后吸附效率仍能保持74.9％～93.5％。然而，该方法所用吸附剂制备流程复杂，所需化学品众多，且对短链全氟化合物的去除率仅为13.2％～47.6％难以实际应用。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能高效驱动、便于实际应用的吸附短链全氟化合物的方法。
[0005]技术方案：本专利技术所述的吸附短链全氟化合物的方法，包括以下步骤：
[0006](1)通过水汽扩散方式在活性炭孔道中构造受限水结构，得到受限水改性活性炭；
[0007](2)用所述受限水改性活性炭吸附目标水体中的短链全氟化合物。
[0008]优选的，所述步骤(1)中根据目标水体中溶解性有机物DOC的浓度C
DOC
选择不同微孔分布比D
micro
的活性炭。
[0009]优选的，所述微孔分布比D
micro
根据以下公式计算：
[0010][0011]其中，S
micro
为孔径≤2nm的孔道比表面积，S
meso
为孔径＞2nm且≤50nm的孔道比表面积。
[0012]优选的，所述溶解性有机物DOC的浓度C
DOC
由目标水体经0.45μm滤膜过滤后测定。
[0013]优选的，所述C
DOC
＞10mg/L时，选用D
micro
＜70％的活性炭；所述C
DOC
为3～10mg/L时，选用D
micro
为70％～90％的活性炭；所述C
DOC
＜3mg/L时，选用D
micro
＞90％的活性炭。
[0014]优选的，所述步骤(1)中将活性炭置于密闭的、湿度为90％～100％的环境中水汽扩散12～24h，再放入2～4倍体积的纯水中平衡6～10h，最后调制水/炭体积比为1～3的水炭液，得到受限水改性活性炭。
[0015]优选的，所述步骤(2)中将受限水改性活性炭装填至吸附柱，吸附目标水体中的短链全氟化合物。
[0016]优选的，所述步骤(2)中将受限水改性活性炭装填至吸附柱，导入预处理后的目标水体，使水体流经吸附层后排出，控制空床停留时间为10～30min；当出水短链全氟化合物浓度达到进水的80％时，将吸附饱和的受限水改性活性炭进行再生。
[0017]优选的，所述预处理后的目标水体溶解性有机物浓度小于15mg/L，悬浮颗粒物浓度小于20mg/L，单一短链全氟化合物浓度小于1000ng/L。
[0018]优选的，所述目标水体为微污染水体、饮用水、市政污水二级出水中的至少一种。
[0019]优选的，所述目标水体为微污染水体和饮用水时控制空床停留时间为10～15min，目标水体为市政污水二级出水时控制空床停留时间为20～30min。
[0020]从化学原理上看，本专利技术通过水汽扩散方式在活性炭纳米孔道中构造受限水结构，以高度断裂的受限水氢键网络驱动短链全氟化合物在活性炭中的传质，从而提高受限水改性活性炭对短链全氟化合物的吸附性能，该机理的产生既依托于活性炭孔道性质，又被短链全氟化合物的结构特征影响。并通过大量实验和理论分析，确定了活性炭微孔分布比和水体中溶解性有机物对受限水改性活性炭吸附性能影响的关键节点，从而制定了以溶解性有机物为主要依据的活性炭孔分布选择策略。
[0021]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
[0022]1、本专利技术利用受限水结构在短链全氟化合物传质过程中提供传质动力来改善原有被体相水阻碍的传质过程，显著增强了受限水改性活性炭对短链全氟化合物的吸附性能，实现现有吸附设施处理性能的原位提高。
[0023]2、本专利技术制定的以溶解性有机物为主要依据的活性炭孔分布选择策略在保证短链全氟化合物吸附能力最大化的同时尽量缓解了溶解性有机物对孔径阻塞的负面效应，因此具备了适应不同类型水体净化处理的能力，适用范围更广。
[0024]3、本专利技术方法以目前应用最为广泛的活性炭作为主要原料，采用无试剂、低成本的水汽扩散方式改性后完全保持其尺寸、强度等基础物理特征，相较于现有技术常用的亲水性官能团嫁接方案，具有简单易行、成本低廉、无二次污染等显著优势，可直接在现有吸附设施中推广应用，解决了现有技术中新型吸附材料性能与吸附设施不适配的问题，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0025]图1为本专利技术吸附短链全氟化合物的方法的流程图。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例和附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0027]实施例1
[0028]本实施例目标水体为某自来水厂平流沉淀池出水，其基本水质特征为：pH平均值为7.2，COD平均值为4.53mg/L，DOC平均值为1.92mg/L，总氮平均值为1.72mg/L，悬浮颗粒物平均值为3mg/L；向吸附柱装置进水中投加四种典型短链全氟化合物模拟受污染饮用水，投加后浓度分别为：全氟己烷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种吸附短链全氟化合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过水汽扩散方式在活性炭孔道中构造受限水结构，得到受限水改性活性炭；(2)用所述受限水改性活性炭吸附目标水体中的短链全氟化合物。2.根据权利要求1所述吸附短链全氟化合物的方法，其特征在于，所述步骤(1)中根据目标水体中溶解性有机物DOC的浓度C
DOC
选择不同微孔分布比D
micro
的活性炭。3.根据权利要求2所述吸附短链全氟化合物的方法，其特征在于，所述微孔分布比D
micro
根据以下公式计算：其中，S
micro
为孔径≤2nm的孔道比表面积，S
meso
为孔径＞2nm且≤50nm的孔道比表面积。4.根据权利要求2所述吸附短链全氟化合物的方法，其特征在于，所述C
DOC
＞10mg/L时，选用D
micro
＜70％的活性炭；所述C
DOC
为3～10mg/L时，选用D
micro
为70％～90％的活性炭；所述C
DOC
＜3mg/L时，选用D
micro
＞90％的活性炭。5.根据权利要求1所述吸附短链...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡海冬，施元基，游佳倩，韩成龙，王瑾丰，任洪强，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：