【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于废水处理，涉及一种催化氯代多氟烷基化合物高效脱氟的低温水热方法。
技术介绍
1、公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、全氟和多氟化合物(per and polyfluoroalkyl substances,简称pfcas)，是含有至少一个完全氟化碳原子的全氟烷基和多氟烷基物质。其已广泛用于众多消费品的工业制造，具有200多种使用类别，广泛应用在军工、化工、航空、电子及家庭用品等众多领域。由于pfcas的广泛应用，全球市场上流通着成千上万种“pfcas”。pfcas的持久性、生物毒性、遗传毒性和生物累积性，会对环境和生物会产生有害影响。pfcas由于含有c-f键，键能高达485kj/mol，使得pfcas具有强热稳定性、化学稳定性和生物稳定性，导致pfcas在环境中难以被代谢或降解。此外，pfcas还具有优良的表面活性和特殊的疏水疏油性，导致传统污水处理厂对其去除率极低，pfcas出水浓度为1057-7661ng/l，这远超过2016年美国环境保护署(epa)设立饮用水中pfos和pfoa总浓度不超过70ng/l的健康标准。因此发掘高效的处理技术以治理pfcas污染具有重要意义。
3、常规水处理pfcas技术包括吸附、膜分离、生物降解、还原剂还原法、高级氧化、光催化和水热等方法。其中吸附和膜分离技术仅仅实现了pfcas的“富集”和“转移”，不能从根本上实现pfcas的“去除
4、水热法(亚临界和超临界)作为一种高效cl-pfcas的降解方法，它是在高温和高压条件下，将cl-pfcas溶解在水中，通过水的特性，使cl-pfcas分子发生分解或转化，从而实现去除的过程。其具有cl-pfcas去除能力强、环境友好、适用性广和无二次污染等优势。然而水热法处理cl-pfcas也存在高能耗、副产物的处理等挑战。因此，行业内急需找到能在低温水热条件下高效降解cl-pfcas的方法。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供一种催化氯代多氟烷基化合物高效脱氟的低温水热方法。本专利技术研究发现：通过在低温水热状态下加入金属纳米材料(零价铁)来降解氯代多氟烷基化合物(cl-pfcas)，能够显著提高对cl-pfcas的降解效率，满足低温下对氯代多氟烷基化合物类物质降解的要求，成本低廉、耗能低、无二次污染，对于水环境污染修复治理具有重要意义。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术的第一个方面，提供了一种催化氯代多氟烷基化合物高效脱氟的低温水热方法，包括：
4、将纳米零价铁加入氯代多氟烷基化合物溶液中，在一定压力和温度下进行水热反应；
5、水热反应完成后，冷却、固液分离，收集固体和液体，即得。
6、水热法和金属纳米材料结合使用时不仅可克服单独使用出现cl-pfcas降解效率低、使用范围局限以及能耗高等问题，还具有环境友好性和广谱性。因此，低温水热法和金属纳米材料相结合为cl-pfcas的高效降解提供了一种新的思路。可从根本上消除cl-pfcas隐患，且过程简单可控，成本低、能耗低、对环境无二次污染将对于流域水环境治理具有重要意义。
7、在一些实施例中，所述纳米零价铁的浓度为0.025～1mol/l。
8、本专利技术研究发现：在众多的全氟和多氟化合物中，本申请的低温水热法和零价铁的组合对氯代多氟烷基化合物降解效果较优，可以达到低温、快速、高效降解的要求，150℃处理2h，脱氟率可达60％以上。因此，在一些实施例中，所述氯代多氟烷基化合物包括但不仅限于3,4-二氯五氟丁酸、3,5,6-三氯八氟己酸和3,5,7,8-四氯全氟辛酸。
9、在一些实施例中，所述纳米零价铁的粒径范围为10-200nm，且纯度≥98％。
10、在一些实施例中，所述水热反应的条件为温度为100-200℃。
11、在一些实施例中，所述氯代多氟烷基化合物的浓度范围为10-400μm。
12、在一些实施例中，所述固液分离采用离心法，于8000-12000r/min离心10-15min。
13、为了实现低温水热下对氯代多氟烷基化合物的高效降解，本申请进行了长期的研究和实验摸索，发现：纳米氧化锰、纳米氧化镁、纳米二氧化硅、纳米二氧化锰、纳米四氧化三铁、纳米碳酸钙、纳米氧化铜、纳米碳粉、纳米磁性氧化铁、纳米铜粉、纳米镍粉、纳米氧化锌、纳米过氧化钙等在低温水热条件下也具有一定的催化氯代多氟烷基化合物降解的效果，其中，以零价铁最优，因此，在一些实施例中，采用纳米金属氧化物替代零价铁。
14、本专利技术的第二个方面，提供了上述的方法在水处理中的应用。
15、在一些实施例中，所述水处理包括：流域水环境治理。
16、本专利技术利用低温水热状态下特殊的物理和化学条件，金属纳米材料作催化剂，实现对cl-pfcas中的氟原子的还原。具体而言，在低温条件下，金属纳米材料与cl-pfcas反应，将氟原子从cl-pfcas分子中脱离。此外，金属纳米材料的表面活性也起到重要作用，通过吸附cl-pfcas分子，促使氟原子的脱离。水热环境下的高温和高压有助于有效加快金属纳米材料与cl-pfcas的反应速率。该方法具有高效、经济的特点，能够高效降解水中的cl-pfcas，为净化环境和保护人体健康提供了新的解决方案。相比传统技术，本方法具有成本低廉、能耗低和无二次污染等优势。
17、本专利技术的有益效果
18、(1)本专利技术在通过在低温水热状态下加入强还原性和催化性能的纳米零价铁来降解cl-pfcas，具有以下优点，高效降解：纳米零价铁具有强还原性和催化性能，在水热条件下能够高效地将cl-pfcas中的氟原子还原为氟离子，从而实现脱氟过程；环境友好：水热反应釜中的反应条件相对温和，无需使用高温或强酸碱等有害物质，减少了对环境的污染；可控性好：水热反应釜可以提供高温高压的条件，可以通过调节温度和压力来控制反应速率和产物选择性；实验操作简便：将纳米零价铁加入装有pfcas溶液的水热反应釜中，加热并施加适当的压力即可进行反应，实验操作相对简便；可扩展性强：水热反应釜可以进行大规模的反应，适用于批量处理cl-pfcas样品。总之，纳米零价铁在水热反应釜中对cl-pfcas的降解脱氟实验具有高效、环境友好、可控性好、操作简便和可扩展性强等优势。
19、(2)本专利技术制备方法简单、实用性强，易于推广。
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1.一种催化氯代多氟烷基化合物高效脱氟的低温水热方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的催化氯代多氟烷基化合物高效脱氟的低温水热方法，其特征在于，所述纳米零价铁的浓度为0.025～1mol/L。
3.如权利要求1所述的催化氯代多氟烷基化合物高效脱氟的低温水热方法，其特征在于，所述氯代多氟烷基化合物包括但不仅限于3,4-二氯五氟丁酸、3,5,6-三氯八氟己酸和3,5,7,8-四氯全氟辛酸。
4.如权利要求1所述的催化氯代多氟烷基化合物高效脱氟的低温水热方法，其特征在于，所述纳米零价铁的粒径范围为10-200nm，且纯度≥98％。
5.如权利要求1所述的催化氯代多氟烷基化合物高效脱氟的低温水热方法，其特征在于，所述水热反应的条件为温度为100-200℃。
6.如权利要求1所述的催化氯代多氟烷基化合物高效脱氟的低温水热方法，其特征在于，所述氯代多氟烷基化合物的浓度范围为10-400μM。
7.如权利要求1所述的催化氯代多氟烷基化合物高效脱氟的低温水热方法，其特征在于，所述固液分离采用离心法，于8000-12
8.如权利要求1所述的催化氯代多氟烷基化合物高效脱氟的低温水热方法，其特征在于，采用纳米金属氧化物替代零价铁。
9.权利要求1-8任一项所述的方法在水处理中的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述水处理包括：流域水环境治理。
...【技术特征摘要】
1.一种催化氯代多氟烷基化合物高效脱氟的低温水热方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的催化氯代多氟烷基化合物高效脱氟的低温水热方法，其特征在于，所述纳米零价铁的浓度为0.025～1mol/l。
3.如权利要求1所述的催化氯代多氟烷基化合物高效脱氟的低温水热方法，其特征在于，所述氯代多氟烷基化合物包括但不仅限于3,4-二氯五氟丁酸、3,5,6-三氯八氟己酸和3,5,7,8-四氯全氟辛酸。
4.如权利要求1所述的催化氯代多氟烷基化合物高效脱氟的低温水热方法，其特征在于，所述纳米零价铁的粒径范围为10-200nm，且纯度≥98％。
5.如权利要求1所述的催化氯代多氟烷基化合物高效脱氟的低温水热方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘华清，薛禄，张建，兰杰，杨鹏飞，任崇洋，张龙龙，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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