城市垃圾渗滤液中全氟和多氟烷基物质去除和降解的‘浓缩—破坏’技术研究
文章信息
第一作者：田舒婷博士
通讯作者：Dongye Zhao教授
通讯单位：Auburn University
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.148124
亮点
将一种“浓缩—破坏”技术试用于垃圾渗滤液中PFAS的处理。
Fe掺杂的碳载钛酸盐纳米管（Fe/TNTs@AC）对PFAS有选择吸附性。
吸附在Fe/TNTs@AC上的PFAS在UV和0.5 M H2O2作用下能得到有效降解。
对Fe/TNTs@AC上PFAS的有效降解也可使材料再生，以供重复使用。
中试结果显示，Fe/TNTs@AC在现场条件下可去除>92%的18种PFAS。
研究进展
全氟和多氟烷基物质（PFAS）被广泛用于许多工业和住宅产品，包括含氟聚合物表面活性剂，水性成膜泡沫，金属电镀，纺织和家用产品。垃圾填埋场是大多数这些产品的最终去处。因此，垃圾中的PFAS不仅会积聚在填埋场中，还会在渗滤液中渗出，从而污染土壤和水体。而由于低分子极性、强C—F键能（536 kJ/mol）、较长的生物半衰期（约3年）和两亲性，PFAS在环境中具有绝无仅有的持久性、生物累积性和毒性。PFAS与人类患上癌症、胆固醇升高、肥胖、免疫抑制和内分泌紊乱等疾病相关。
PFAS已引起广泛关注和重视，对其的处理和研究是近年来热门课题之一。PFAS耐受各种常规水处理工艺，如标准生物、芬顿和光化学工艺。目前应用于PFAS处理的方法有活性炭和离子交换树脂吸附、膜过滤、化学和电化学氧化/还原、光化学分解、超声波分解和焚烧等。其中，吸附是从水介质中去除PFAS最常用的方法之一。然而，这些吸附剂存在一些关键缺点，尤其是材料再生，这不仅需要昂贵且有毒的有机溶剂（如甲醇），而且还会产生大量再生剂废液。吸附还不能降解PFAS。而另一种处理方法光催化降解能降解包括PFAS在内的难降解有机污染物，由于其转化效率高、操作简单、能耗低，近年来发展势头强劲。然而，由于PFAS通常以微量浓度（μg/L或ng/L水平）存在于污染水或渗滤液中，通过光降解直接处理大量液体是不经济的。因此，我们课题组开发了一种“浓缩—破坏”技术。该技术可有效地将水中的PFAS吸附和浓缩到吸附型光催化剂上，然后将其置于紫外照射下，降解预吸附的PFAS。该技术在渗滤液处理中的应用流程如图1所示。
图1 图形摘要
研究结论
酸性pH有助于PFOA的光降解，见图2（a）。
H2O2氧化剂的添加量过少或过多都会影响PFOA光降解效率的提高，见图2（b）。
Fe/TNTs@AC在8小时内可吸附大部分PFAS（平均89%），见图3。
所开发材料具有可重复利用性，见图4。
中试试验结果基本与小型实验一致。
综上所述，“浓缩—破坏”技术在处理高浓度垃圾渗滤液中的微量PFAS时具有一些独特的优势。而渗滤液中基质浓度甚至比PFAS浓度高出数个量级。经过进一步的材料和工艺优化，该技术有望更经济高效地去除和降解垃圾渗滤液或高浓度废水中的PFAS。
图2 pH（a）和H2O2（b）对Fe/TNTs@AC光降解PFOA的影响
图3 Fe/TNTs@AC对垃圾渗滤液中14种PFAS的吸附率
图4 Fe/TNTs@AC三轮连续吸附—光降解去除垃圾渗滤液中的多种PFAS
作者介绍
田舒婷，博士，太原科技大学环境科学与工程学院讲师。研究方向为土壤修复及水处理，重点研究重金属的原位固定和难降解有机物的光催化降解理论及技术等。发表SCI论文7篇。
通讯邮箱：tianshuting@tyust.edu.cn
Dongye Zhao，博士，博士生导师，奥本大学工程校友会的土木与环境工程杰出教授。研究方向为，利用光催化和纳米技术进行水与废水处理和土壤与地下水修复的研究。主持和参与美国国家科学基金会、美国战略环境研究与发展项目、美国环境保护署等发起的多项项目，申请多项专利，发表SCI论文246篇。
通讯邮箱：zhaodon@auburn.edu
