Diraddio PFAs yn ystod y broses adweithio o garbon wedi'i actifadu
Jul 31, 2025
Gadewch neges
Y rheswm dros ail -ysgogi carbon wedi'i actifadu
Defnyddio ocarbon wedi'i actifaduI dynnu PFAs o ddŵr mae angen ail -ysgogi'r carbon actifedig yn amlach. O dan awyrgylch rhad ac am ddim ocsigen -, ar dymheredd o 500 gradd ac uwch, mae sylweddau nodweddiadol fel PFOA a PFOs yn cael eu tynnu'n llwyr o'r carbon actifedig a gallant ddadelfennu. Mae hyn yn helpu i fynd i'r afael â'r mater "Forever Chemicals". Fodd bynnag, mae rhai cynhyrchion diraddio yn cael eu ffurfio ar dymheredd is, felly postiwch - y llif nwy yn ystod y broses wresogi yn hanfodol. Mae angen defnyddio ynni yn sylweddol yn amlach, yn ogystal â chludiant ychwanegol a defnydd deunydd crai, a thrwy hynny gynyddu ôl troed carbon diwydiannau fel cynhyrchu dŵr yfed.
Mae'r rhan fwyaf o brosesau puro dŵr, megis awyru, ceulo/fflociwleiddio/dyodiad, hidlo cyflym, meddalu, ocsidiad (datblygedig), a hidlo tywod araf, yn aneffeithiol wrth dynnu fesul - a sylweddau polyfluoroalkyl (PFAS). Mewn cyferbyniad, mae arsugniad gan ddefnyddio carbon wedi'i actifadu gronynnog (GAC) neu garbon actifedig powdr (PAC) yn arddangos effeithlonrwydd uchel wrth dynnu PFAS ac ar hyn o bryd dyma'r dechnoleg tynnu PFAS a ddefnyddir fwyaf eang wrth ymyl hidlo pilen. Gall y ddau ddull hysbysebu PFAs o ddŵr yn effeithiol ond ni allant eu dadelfennu. Felly, rhaid cymryd mesurau i atal y PFAs adsorbed rhag Re - gan fynd i mewn i'r amgylchedd gymaint â phosibl.
Effeithir ar effeithlonrwydd tynnu PFAs gan eu strwythur cemegol a llwyth o gyfansoddion organig ar y carbon actifedig. Mae gan Pfas cadwyn hir - (gyda hyd cadwyn garbon sy'n fwy na neu'n hafal i 6 atom carbon) briodweddau arsugniad cryfach o'i gymharu â phaf - cadwyn pfas, mor fyr {- cadwyn pfas fel arfer yn dadelfennu'n gyflymach. Mae mathau cyffredin o PFAs yn cynnwys asidau sulfonig (fel asid perfluorooctanesulfonig, PFOs) ac asidau carboxylig (fel asid perfluorooctanoic, PFOA). Mae gan asidau sulfonig well perfformiad arsugniad nag asidau carboxylig, tra bod gan ganghennog - cadwyn PFAs effeithiau arsugniad israddol yn gyffredinol o gymharu â PFAs canghennog nad ydynt yn -.
Pan fydd hidlydd carbon wedi'i actifadu yn torri trwodd (h.y., mae ei allu arsugniad yn dirlawn), mae angen i GAC gael triniaeth adweithio. At y diben hwn, mae'r GAC dirlawn yn cael ei gludo i gyfleusterau adweithio cyflenwyr carbon actifedig i'w brosesu. Defnyddir ffwrnais aelwyd aml - (math o odyn calchu fertigol) fel arfer, lle mae GAC wedi'i adsorbed â llygryddion yn cael ei fwydo o'r brig. Mae'r broses driniaeth yn cynnwys y camau canlynol: yn gyntaf, sychu'r GAC ar 105 gradd, yna ei byrolyzio ar 650 - 850 gradd i gael gwared ar amhureddau, a'i ail-adweithio o'r diwedd mewn awyrgylch heb ocsigen ar 800-900 gradd i adfer gweithgaredd arsugniad yr wyneb carbon actifedig [1]. Cesglir y nwy a gynhyrchir yn ystod y broses adweithio trwy system drapio a'i gynhesu a'i ocsidio sawl gwaith mewn llosgwr gorfodol allanol ar dymheredd uchel uwchlaw 1000 gradd. Yna caiff y nwy ei buro mewn prysgwr nwy, ac mae gronynnau solet yn cael eu trapio. Mae'r carbon actifedig glân wedi'i drin yn cael ei ollwng o waelod yr odyn a gellir ei ailddefnyddio mewn cymwysiadau fel cynhyrchu dŵr yfed.
Yn ystod y broses adweithio, mae PFAs yn cael newidiadau amrywiol, gan gynnwys symud, dinistrio, trawsnewid a mwyneiddio. Pan na chanfyddir PFAs ar GAC, mae'n nodi bod PFAs wedi'u "tynnu". Fodd bynnag, nid yw hyn yn golygu bod tynged olaf PFAs yn glir - gellir eu trawsnewid trwy anweddu, diraddio neu fwyneiddiad. Yn ystod dinistrio PFAs, mae'r rhiant moleciwlau'n dirywio ac yn diflannu. Os yw diraddio yn anghyflawn, gellir cynhyrchu cynhyrchion trawsnewid, a gall hyd yn oed mathau eraill o PFAs ffurfio, a allai hefyd fod yn wenwynig yn amgylcheddol. Felly, mae'n hanfodol asesu graddfa'r diraddiad yn gywir ac a yw cynhyrchion trawsnewid yn cael eu cynhyrchu. Gellir gwirio presenoldeb cynhyrchion trawsnewid trwy ddadansoddiad dan amheuaeth o gynhyrchion hysbys neu ddisgwyliedig, neu trwy ddadansoddiad targed nad ydynt yn -. Os yw PFAs wedi'u diraddio'n llwyr, hy, cyflawnir mwyneiddiad, mae'r holl fondiau C - f wedi torri, gan gynhyrchu fflworid. Yna mae fflworid yn adweithio â dŵr neu galsiwm i ffurfio hydrogen fflworid (HF) neu galsiwm fflworid (CAF₂), a thrwy hynny leihau ei beryglon amgylcheddol. Mae'r rhannau sy'n weddill o'r moleciwlau PFAS yn cael eu troi'n garbon deuocsid (CO₂) neu ddŵr (H₂O).
Er bod y broses mwyneiddio yn cynyddu'r defnydd o ddeunyddiau crai ac egni, mae'n helpu i fynd i'r afael â phroblem llygredd "cemegolion am byth" yn yr amgylchedd trwy ddadelfennu PFAs yn llwyr yn elfennau gwenwynig nad ydynt yn - (megis fflworid, co₂, a h₂o) [1]. Trwy fesur crynodiad ïon fflworid, gellir ymgais i sefydlu cydbwysedd màs i wirio a yw PFAs yn cael eu mwyneiddio'n llwyr. Yn ddamcaniaethol, dylid trosi PFAs cwbl fwyneiddiedig 100% yn ïonau fflworid canfyddadwy. Fodd bynnag, yn ymarferol, mae dilysu'r broses hon fel arfer yn wynebu heriau, yn rhannol oherwydd bod terfyn canfod dadansoddol fflworid yn gymharol uchel (tua 20µg/L fel arfer), tra bod crynodiad PFAs mewn dŵr yn aml ar y lefel nanogram y litr (ng/L), gan wneud dadansoddiad yn anodd.
Mae'n hysbys bod carbon wedi'i actifadu gronynnog (GAC) yn cael effaith catalytig ar fwyneiddio fesul sylweddau - a polyfluoroalkyl (PFAs) o dan amodau gwresogi. Watanabe et al. (2018) [2] a gynhaliwyd astudiaethau mewn awyrgylch nitrogen rhad ac am ddim ocsigen - ar 700 gradd a chanfod bod y cyfraddau cynhyrchu fflworid yn ystod mwyneiddiad asid perfluorooctanoic (pfoa), asid perfosuorocuhexanig (perfuoroxanic) (perfuoroxanic) (perfuoroxanic) (perfuorocuonic) 30%, 46%, a 72%yn y drefn honno. Pan gafodd PFAs eu adsorbed ar GAC, cynyddodd y cyfraddau cynhyrchu fflworid yn sylweddol i 51%, 74%, a 70%yn y drefn honno. Ar ben hynny, ar ôl ychwanegu sodiwm hydrocsid i'r golofn adweithio, gwellwyd y cyfraddau cynhyrchu fflworid ymhellach i 74%, 91%, a 90%, tra bod swm gweddilliol y cydrannau PFAS gwreiddiol wedi gostwng i lai nag 1%. Mae'r canlyniadau hyn yn dangos bod GAC yn chwarae rhan bwysig ym mhroses mwyneiddio PFAs. Fodd bynnag, i'w gymhwyso'n effeithlon, mae'n hanfodol deall yn ddwfn y prosesau ffisiocemegol sy'n digwydd ar wyneb GAC. Gall GAC "gadw" PFAs i bob pwrpas nes bod y golofn adweithio yn cyrraedd tymheredd sy'n addas ar gyfer mwyneiddio. Yn ogystal ag adweithiau thermochemegol, mae priodweddau ffisiocemegol GAC (megis strwythur mandwll arwyneb a gweithgaredd cemegol) yn debygol o gael effaith sylweddol ar effeithlonrwydd mwyneiddio PFAs [1].
Os mai dim ond tynnu neu ddinistrio PFAs sy'n digwydd heb fwyneiddiad cyflawn, dim ond yn hytrach na'u dileu yn llwyr y gellir trosglwyddo PFAs na'u cynhyrchion diraddio. Heb fesurau rheoli effeithiol, gall y PFAs hyn na'u cynhyrchion diraddio ail -fynd i mewn i'r systemau amgylchedd a dŵr, gan arwain at halogi dŵr wyneb -, ac yn y pen draw mae angen ei dynnu eilaidd gan ddefnyddio GAC. Mewn triniaeth graddfa fawr -, mae camau hylosgi ychwanegol a sgwrwyr nwy fel arfer yn cael eu cyflwyno i drin y llif nwy a ryddhawyd yn ystod y broses adweithio, er mwyn atal allyriadau cynhyrchion diraddio. Fodd bynnag, mae'r broblem yn gorwedd yn sefydlogrwydd cemegol eithafol PFAs. Mae'n hysbys mai dim ond ar dymheredd uchel uwchlaw 1200 gradd y gellir "llosgi" a dadelfennu PFAs yn llwyr. Felly, mae angen dilysu ymhellach effaith wirioneddol camau hylosgi confensiynol.
Arbrofion adweithio
Mae KWR, mewn cydweithrediad â Phrifysgol Caerfaddon yn y DU, wedi datblygu dyfais arbrofol ar gyfer ail -ysgogi carbon actifedig o dan amodau rheoledig ac astudio ymddygiad trawsnewid PFAs yn systematig. Gall y ddyfais hon efelychu'r broses adweithio yn gywir, gan ddarparu llwyfan dibynadwy ar gyfer gwerthuso effeithlonrwydd diraddio PFAs ac optimeiddio paramedrau prosesau.
Yn gyntaf, paratowyd crynodiad uchel - PFAS "datrysiad stoc", sy'n ddatrysiad sy'n cynnwys amryw - a sylweddau polyfluoroalkyl (PFAs) mewn crynodiad cymharol uchel. Yn yr arbrawf, gwanhawyd yr hydoddiant stoc hwn i'r crynodiad gofynnol ar gyfer profion dilynol.
Dewiswyd carbon granular newydd wedi'i actifadu (model TL - 830, chemviron) ar gyfer yr arbrawf. Llwythwyd dau swp o garbon wedi'i actifadu ag asid perfluorooctanesulfonig (PFOS) ac asid perfluorooctanoic (PFOA) yn y drefn honno. Yn dilyn hynny, dadansoddwyd crynodiad PFAs yn yr hydoddiant ar ôl ei lwytho gan gromatograffeg hylif - sbectrometreg màs (LC-MS) ym Mhrifysgol Caerfaddon, a chyfrifwyd y llwythi PFAs ar y carbon actifedig.
Dangosodd y canlyniadau fod llwytho PFOs yn 81 µg/g o garbon wedi'i actifadu, a llwytho PFOA oedd 75 µg/g o garbon wedi'i actifadu. Yn yr arbrawf, rhannwyd y carbon actifedig yn grwpiau o 10 gram yr un, a gwres - wedi'i drin mewn ffwrnais tiwb ar 300 gradd, 500 gradd, 700 gradd, a 900 gradd yn y drefn honno. Ar ddechrau'r driniaeth, cynheswyd y carbon actifedig gyntaf ar 105 gradd am 30 munud i anweddu'r lleithder sydd ynddo, er mwyn atal strwythur microporous y carbon actifedig rhag cael ei ddifrodi oherwydd ehangu stêm yn ystod y driniaeth dymheredd - uchel ddilynol. Yna, cynheswyd y carbon actifedig i'r tymheredd targed. Yn ystod yr arbrawf cyfan, cyflwynwyd nwy nitrogen yn barhaus i ffwrnais y tiwb i gynnal amgylchedd rhydd ocsigen -. Cafodd y llif nwy sy'n llifo ei gyddwyso trwy drap oer a'i buro'n olynol trwy ddwy botel golchi nwy.
Ar ôl cwblhau pob adweithio, glanhawyd y system, ac yna llwythwyd swp newydd o garbon wedi'i actifadu i barhau â'r arbrawf. Ailadroddwyd y driniaeth o dan bob cyflwr tymheredd ddwywaith i sicrhau dibynadwyedd y data. Ar ôl adweithio, roedd y carbon wedi'i actifadu yn destun dadansoddiad echdynnu i bennu cynnwys PFAs sy'n weddill ar y carbon wedi'i actifadu. Dangosodd y canlyniadau y gellid canfod PFOs a swm bach iawn o PFOA yn y darn yn unig o dan gyflwr adweithio 300 gradd. Pan gyrhaeddodd y tymheredd 500 gradd (tymheredd cyffredin yn y broses adweithio carbon wedi'i actifadu) ac uwch, ni ellid canfod unrhyw PFOs gweddilliol na PFOA ar y carbon actifedig.
Post - triniaeth adweithio
Pfos
Ar ôl adweithio PFOs - wedi'i lwytho carbon wedi'i actifadu, dim ond C8F16, perfluorooct-1-ene (m/z 399), a ganfuwyd yn ansoddol yn y carbon actifedig a gafodd ei drin ar 300 gradd. Ni chanfuwyd y gydran hon yn y trap oer na photeli golchi nwy. Ar ôl adweithio ar 500 gradd (neu'n uwch), ni chanfuwyd y sylwedd hwn yn y carbon, cyddwysiadau na photeli golchi nwy wedi'i actifadu. Mae Perfluorooct-1-ene yn gadwyn foleciwlaidd PFOS heb y grŵp sulfone nodweddiadol. Fe'i canfuwyd hefyd yn y darn o'r carbon actifedig wedi'i lwytho cyn ei adweithio ond nid yn yr hydoddiant stoc. Felly, roedd y sylwedd hwn eisoes yn bresennol ar y carbon wedi'i actifadu.
Pfoa
Ar ôl adweithio pfoa - carbon wedi'i lwytho wedi'i lwytho, ni ddarganfuwyd unrhyw gynhyrchion diraddio ar y carbon actifedig. Fodd bynnag, darganfuwyd amrywiol gynhyrchion diraddio yng nghyddwysiadau'r trap oer a photeli golchi nwy. Gall y cynhyrchion trawsnewid a ffurfiwyd ar 300 gradd ac a geir yn y cyddwysiadau neu'r poteli golchi nwy hefyd ffurfio yn ystod y broses o dymheredd yn codi i werthoedd uwch ac wedi cyddwyso ar y trap oer ar dymheredd is. Mae C8HF14O2 (m/z 395), a "chollodd" un atom fflworin yn ystod yr adweithio, i'w gweld yn y cyddwysiadau a'r ddwy botel golchi nwy. Roedd y sylwedd hwn hefyd yn bresennol yn y toddiant stoc ond cafodd ei dynnu o'r carbon actifedig ar ôl ei adweithio.
Mae C5F9 (m/z 231), C4F7 (m/z 181), C3F7 (m/z 169), C3F5 (m/z 131), a C2F5 (m/z 119) yn gynhyrchion diraddio dilyniannol, lle mae atomau carbon neu CF2 wedi'u torri i ffwrdd o'r gadwyn foleciwlaidd. Oherwydd mesur ansoddol cynhyrchion diraddio, mae'n amhosibl penderfynu a yw eu cynnwys yn cynyddu neu'n gostwng yn ystod triniaeth dymheredd - uchel.
Nghasgliad
Ymchwiliodd yr astudiaeth hon i adweithio carbon wedi'i actifadu wedi'i lwytho â PFOs neu PFOA. Dangosodd y canlyniadau, ar ôl trin y carbon wedi'i actifadu ar dymheredd o 500 gradd o leiaf, bod PFOs a PFOA wedi'u tynnu'n llwyr o'r carbon actifedig ac efallai eu bod wedi'u diraddio. Dim ond ar y carbon actifedig a gafodd ei drin ar 300 gradd y canfuwyd cynnyrch diraddio PFOS, C8F16. Yn ogystal, ni chanfuwyd unrhyw gynhyrchion diraddio ar y carbon actifedig nac yn y poteli golchi nwy. Ni ddarganfuwyd cynhyrchion diraddio PFOA, gan gynnwys C8HF14O2, C5F9, C4F7, C3F7, C3F7, a C2F5, ar y carbon actifedig ond fe'u canfuwyd yn y cyddwysiadau trap oer a'r ddwy botel golchi nwy. Roedd signalau'r sylweddau hyn yn isel iawn, felly roedd yn amhosibl egluro'r broses drin ar dymheredd gwahanol (h.y., p'un a gawsant eu ffurfio yn ystod gwres yn unig ar dymheredd cymharol isel neu hefyd yn ystod triniaeth ar dymheredd uwch). Mae'n ymddangos bod adweithio o dan amodau anocsig ar dymheredd uwch na 500 gradd yn tynnu PFOs a PFOA o garbon wedi'i actifadu yn effeithiol, sy'n gyson â datganiadau gweithgynhyrchwyr carbon actifedig. Mae'r cynhyrchion trawsnewid a geir yn cyfateb i'r llwybrau diraddio a nodwyd yn y llenyddiaeth [3] a [4]. Fodd bynnag, ni ellir diystyru ffurfio eraill gan gynhyrchion -. Nid yw'r mesuriad fflworid a gynigir yn y papur hwn wedi esgor ar gydbwysedd màs PFAS terfynol eto, sy'n pwysleisio'r angen am dechnolegau sydd â therfynau canfod is. Mae adweithio yn ddull effeithiol i dynnu PFAs o garbon wedi'i actifadu, ond po fwyaf o PFAs y mae angen eu tynnu, y mwyaf o gylchoedd adweithio sydd eu hangen. Mae hyn hefyd yn golygu mwy o gludiant, defnyddio ynni, a defnydd deunydd crai, yn ogystal â llai o gapasiti puro. Bydd hefyd yn cynyddu ôl troed carbon cynhyrchu dŵr yfed. Mae dŵr glân yn werthfawr, ond mae'r modd i'w gael yn dod am gost uchel.
Anfon ymchwiliad