吸附并降解水中全氟化合物的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及化學材料領域，具體的，本發明涉及水體中PFCs去除和降解技術，更具體的，本發明涉及一種吸附并降解PFCs的方法、一種制備吸附PFCs材料的方法、一種吸附PFCs材料、吸附PFCs的材料在去除水體中的PFCs和/或降解水體中的PFCs中的用途、一種再生吸附PFCs材料的方法以及一種再生吸附PFCs材料并同時降解其上吸附的PFCs的方法。
【背景技術】
[0002]全氟化合物(PFCs)作為一類主要的持久性有機物污染物引起了全球的廣泛關注，其中全氟辛烷磺酸(PF0S)已作為持久性污染物被列入斯德哥爾摩公約的違禁化學品名單。
[0003]我國是目前PF0S生產的主要國家，每年產量約為250t。其中，每年約有30_40噸PF0S用于鍍鉻領域，同時其衍生物氯氟醚磺酸鹽(F53B)也作為鉻霧抑制劑廣泛用于鍍鉻領域。
[0004]F53B擁有和PF0S接近的理化性質及毒理特性，同樣是一種危害人類健康的持久性有機污染物。例如，鍍鉻污水中含有高濃度的PF0S和F53B，未經處理排入水體會對收納水體造成嚴重污染。
[0005]目前，針對污水中PFCs的污染，比較成熟的技術是使用活性炭作為吸附劑吸附去除PFCs。但是普通商業活性炭對PFCs的吸附去除效果有限，碳層易過早穿透。另外，飽和的活性炭通常需要用有機溶劑再生，洗脫下來的PFCs依然存在于再生液中，處理不當會造成二次污染。因此，開發高效的活性炭吸附材料及再生方法、有效吸附并降解污水中PFCs是目前污水中PFCs去除研究領域的一個熱點。
[0006]理想的吸附及降解技術需要具備成本低，對鍍鉻污水中PFCs去除率高，材料可再生多次使用，再生材料的同時降解PFCs等優點。但是目前吸附去除PFCs技術所用的商業活性炭吸附效果差，且吸附后的PFCs處理問題并未解決。
[0007]因此，開發一種高效吸附并降解鍍鉻污水中PFCs的技術方法是很有必要的。
【發明內容】
[0008]本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一或至少提供一種商業選擇。
[0009]以下發現及設想，是發明人作出本發明的基礎:
[0010]PFCs主要通過疏水作用吸附到活性炭表面，其中的PF0S和F53B分子長度在
1.3?1.5nm，容易產生“鎖孔”現象導致堵塞活性炭孔道，制約吸附效果。普通商業活性炭微孔孔徑窄，適合吸附PFCs的孔容少，因此對PFCs吸附能力低。設想，若選擇價格低廉的商業椰殼活性炭作為原料，通過高溫強堿活化反應、包括試驗確定反應步驟、條件及參數，應該可有效擴大活性炭孔徑，增加孔容，使與普通商業活性炭相比，利于PFCs吸附的孔徑的體積更大；而且高溫條件可能會減少活性炭表面官能團，提高活性炭疏水性，從而更有利于PFCs的吸附。
[0011]而且，吸附PFCs后的活性炭不加以處理將會造成二次污染，傳統的有機溶劑洗脫法現場操作困難，洗脫液處理問題難以解決。發明人設想以及設計試驗，欲利用過硫酸鹽作為氧化劑來降解PFCs，若利用此特點再生活性炭，應該既可以降解去除吸附的PFCs，又可以釋放活性炭上的吸附位點，回復高效活性炭的吸附性能。
[0012]依據本發明的第一方面，提供一種吸附并降解PFCs的方法，該方法包括:a.利用吸附PFCs的材料吸附水體中的PFCs，所述水體包含PFCs，所述吸附PFCs的材料的獲得包括:將活性炭置于鉀鹽溶液中浸漬1-3天，所述鉀鹽與所述活性炭的質量比為0.5-1.5，所述鉀鹽選自K2C0#PK0H中的至少一種，對浸漬后的活性炭進行高溫活化，以獲得活化產物，所述高溫活化的溫度為800-1000攝氏度，所述高溫活化的時間為l_2h，利用高純水清洗所述活化產物，以獲得所述吸附PFCs的材料；b.將經過步驟a的吸附PFCs的材料置于過硫酸鹽溶液中，以降解所述吸附PFCs的材料上的PFCs，所述過硫酸鹽溶液選自過硫酸銨、過硫酸鉀和過硫酸鈉中的至少一種。
[0013]利用本發明的這一方法，利用高效的吸附PFCs的材料吸附PFCs，以及利用過硫酸鹽作為氧化劑來降解PFCs，再生了吸附PFCs的材料，既可以降解去除吸附的PFCs，又可以釋放活性炭上的吸附位點，恢復高效活性炭的吸附性能。在處理含有PFCs的水體的領域中具有廣闊的應用前景。
[0014]PF0S和F53B均屬于PFCs。根據本發明的一個實施例，水體中含有PF0S和F53B中的一種或者全部兩種，例如水體為鍍鉻污水，上述本發明的這一方面的方法特別適用于去除該類水體中的PF0S和/或F53B，該方法顯示出特別的優越性。
[0015]發明人經過多次試驗，包括步驟順序、條件以及參數調整組合，確定能夠獲得高吸附性能的所稱的吸附PFCs的材料的方法。根據本發明的較佳實施例，該方法中的吸附PFCs的材料的獲得包括:將所述活性炭置于Κ0Η溶液中浸漬2天，所述Κ0Η與所述活性炭的質量比為0.5-1.5 ;和/或，將所述浸漬后的活性炭于105攝氏度下烘干后進行所述高溫活化；和/或，所述高溫活化包括:以10攝氏度每分鐘的升溫速率升至500°C，以5攝氏度每分鐘的升溫速率升至800-1000攝氏度，維持800-1000攝氏度l_2h，自然冷卻至室溫；和/或，所述高溫活化在氮氣中進行；和/或，利用高純水清洗所述活化產物，直至清洗后的液體的pH小于8 ;和/或，將清洗后的活化產物于105攝氏度下烘干；和/或，所述活性炭為椰殼活性炭。
[0016]根據本發明的實施例，該方法中的步驟b為:將經過步驟a的吸附PFCs的材料置于過硫化鈉溶液中至少10分鐘，所述過硫化鈉溶液的濃度為150-900mmol/L。較佳的，步驟b為:將經過步驟a的吸附PFCs的材料置于75-90攝氏度的過硫化鈉溶液中10-360分鐘，過硫化鈉溶液的濃度為150-900mmol/L。例如，置于濃度為150、300、450、600、750或900mmol/L的過硫酸鈉溶液中，反應時間可以為10、30、60、120、180、240、300或者360min。如此，能夠方便快速的降解吸附PFCs的材料上吸附的PFCs，同時也使該材料再生，有效的恢復對PFCs的吸附能力。
[0017]依據本發明的第二方面，本發明提供一種吸附PFCs的材料的制備方法，該方法包括以下步驟:(1)將活性炭置于鉀鹽溶液中浸漬1-3天，所述鉀鹽與所述活性炭的質量比為0.5-1.5，所述鉀鹽選自K2C0#P Κ0Η中的至少一種；(2)對步驟(1)中的浸漬后的活性炭進行高溫活化，以獲得活化產物，所述高溫活化的溫度為800-1000攝氏度，所述高溫活化的時間為l_2h ;(3)利用高純水清洗步驟(2)中的活化產物，以獲得所述吸附PFCs的材料。
[0018]上述本發明這一方面的方法，對活性炭的來源及類型不作限制。可以選擇價格低廉的或者廢棄活性炭作為原料，通過高溫強堿活化可有效擴大活性炭孔徑，增加孔容，與普通商業活性炭相比利于PFCs吸附的孔徑的體積更大；而且，高溫條件可減少活性炭表面官能團，提高活性炭疏水性，從而更有利于PFCs的吸附。本發明這一方面的方法制備的吸附PFCs的材料，對包含PFCs的水體，例如對鍍鉻污水中的PFCs去除率約為商業活性炭的4倍。利用該方法制備得的材料，在去除PFCs的領域中具有很好的應用前景。
[0019]根據本發明的實施例，本發明的這一方面的吸附PFCs材料的制備方法，還可以具有以下至少之一的附加技術特征:
[0020]根據本發明的一個較佳實施例，在步驟⑴中，利用Κ0Η，即將所述活性炭置于Κ0Η溶液中浸漬1-3天，較佳的，浸漬2天，所述Κ0Η溶液中包含的Κ0Η與所述活性炭的質量比為0.5-1.5。如此，利于結合后續步驟，制備獲得能夠高效吸附PFCs的材料。根據本發明的一個實施例，所述活性炭為椰殼活性炭。椰殼活性炭的吸附面積大且價格低廉，利于大量生產制備吸附PFCs的材料。