吸附-光还原降解水中短链全氟磺酸类化合物研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:WUTEK2008
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全氟己烷磺酸(PFHxS)和全氟丁烷磺酸(PFBS)是广泛存在于大多数水体中的两种碳链长度较短的全氟化合物,其在水环境中浓度偏低,化学稳定性强,具有多种毒性效应。碳链短使其难以被传统的生物和化学法去除,亲水性强导致难以从水中分离,针对以上现象,研究采用先吸附浓缩再光化学降解的方法对上述两类物质进行高效去除。试验采用氨基化磁性介孔材料(Fe3O4@nSiO2@mSiO2-NH2)作为吸附剂,其制备采用溶剂热法和溶胶凝胶法,并以其对PFHxS和PFBS的吸附率作为指标优化了制备条件。优化后的制备条件为:100 mg纳米Fe3O4作为磁核,有机硅烷化步骤的反应溶剂为80 mL异丙醇和20 mL去离子水,氨水用量为10 mL/L;氨基化修饰步骤的反应溶剂由100 mL乙醇和40 mL去离子水组成,3-氨丙基三乙氧基硅烷投加量为0.86 mL/L;模板剂使用6 g/L的硝酸铵-乙醇溶液萃取去除。以优化制备后的Fe3O4@nSiO2@mSiO2-NH2作为吸附剂,对其吸附PFHxS和PFBS的性能进行研究。试验发现:对影响因素的研究中,pH=4时该材料对目标污染物的吸附率最高,且吸附率随pH升高而降低;在共存物质中,铜离子和腐殖酸使该材料对目标污染物的吸附率降低,氯离子和硝酸根离子的存在则对吸附率没有影响。对吸附动力学和热力学的研究表明,静电吸附作用在吸附过程中起主导,且该材料对PFHxS和PFBS的吸附饱和量可分别达到58.83和17.54 mg/g;吸附过程中除了静电吸附外,还存在材料表面的介孔对目标污染物的物理吸附作用。对吸附PFHxS和PFBS后Fe3O4@nSiO2@mSiO2-NH2进行脱附实验研究发现,脱附率随pH升高而上升,在pH为10.5以上时,脱附率可达到95%以上;循环使用4次后,材料对PFHxS和PFBS的吸附率分别降为材料首次使用时的82%和76%。吸附浓缩后进行光化学降解试验研究,在各光还原体系中优选出对PFHxS和PFBS降解率和脱氟率均最高的VUV-SO32-体系。在此体系中,pH值11.0±0.1,SO32-浓度20 mmol/L,温度25℃时,20 mg/L的PFHxS溶液5 h后的降解率和脱氟率分别为99.5%和60.3%;20 mg/L的PFBS反应15 h后的降解率和脱氟率分别为67.2%和47.1%。有利于PFHxS和PFBS的降解和脱氟的条件为:PFHxS和PFBS初始浓度的降低、SO32-浓度的增加、碱性条件下初始pH值的升高和氮气氛围。共存物质中,Cl-可提高体系的脱氟率,而体系中含有HCO3-、NO3-与腐殖酸时,目标污染物的去除会受到不同程度的抑制。
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