تخریب PFA در طی فرآیند فعال سازی کربن فعال شده
Jul 31, 2025
پیام بگذارید
دلیل فعال کردن کربن فعال شده
استفاده ازکربن فعال شدهبرای از بین بردن PFA از آب نیاز به فعال شدن مجدد بیشتر کربن فعال دارد. در زیر یک فضای آزاد- ، در دمای 500 درجه و بالاتر ، مواد معمولی مانند PFOA و PFO ها کاملاً از کربن فعال خارج شده و ممکن است تجزیه شوند. این به مسئله "مواد شیمیایی برای همیشه" کمک می کند. با این حال ، برخی از محصولات تخریب در دماهای پایین تر تشکیل می شوند ، بنابراین درمان POST 5 {5} درمان جریان گاز در طی فرآیند گرمایش بسیار مهم است. فعال شدن مجدد مکرر نیاز به مصرف انرژی قابل توجهی و همچنین حمل و نقل اضافی و استفاده از مواد اولیه دارد ، در نتیجه باعث افزایش ردپای کربن صنایع مانند تولید آب آشامیدنی می شود.
بیشتر فرآیندهای تصفیه آب ، مانند هوادهی ، انعقادی/لخته سازی/بارش ، فیلتراسیون سریع ، نرم شدن ، اکسیداسیون (پیشرفته) و فیلتراسیون شن و ماسه آهسته ، در از بین بردن مواد- و پلی فلوروروالکیل (PFA) بی اثر هستند. در مقابل ، جذب با استفاده از کربن فعال شده با دانه (GAC) یا کربن فعال شده پودر (PAC) راندمان بالایی در حذف PFAS نشان می دهد و در حال حاضر بیشترین استفاده از فناوری حذف PFAS در کنار فیلتراسیون غشایی است. هر دو روش می توانند به طور موثری PFA ها را از آب جذب کنند اما نمی توانند آنها را تجزیه کنند. بنابراین ، باید اقدامات لازم را برای جلوگیری از جذب PFA از Re -} وارد کردن تا حد امکان به محیط زیست انجام داد.
راندمان حذف PFAs تحت تأثیر ساختار شیمیایی آنها و بار ترکیبات آلی بر روی کربن فعال است. PFA های زنجیره ای طولانی - (با طول زنجیره کربن بیشتر از یا مساوی 6 اتم کربن) در مقایسه با PFA های زنجیره ای کوتاه- ، دارای خاصیت جذب قوی تر هستند ، بنابراین PFA های زنجیره ای کوتاه-} معمولاً سریعتر تجزیه می شوند. انواع متداول PFA ها شامل اسیدهای سولفونیک (مانند اسید پرفلوروکتان سولفونیک ، PFOS) و اسیدهای کربوکسیلیک (مانند اسید پرفلوئوروکتانوئیک ، PFOA) است. اسیدهای سولفونیک نسبت به اسیدهای کربوکسیلیک عملکرد جذب بهتری دارند ، در حالی که PFA های زنجیره ای- شاخه ای به طور کلی دارای اثرات جذب تحتانی در مقایسه با PFA های شاخه ای غیر {8} هستند.
هنگامی که یک فیلتر کربن فعال از بین می رود (یعنی ظرفیت جذب آن اشباع می شود) ، GAC باید تحت درمان مجدد قرار بگیرد. برای این منظور ، GAC اشباع شده به مراکز فعال سازی مجدد تأمین کنندگان کربن فعال برای پردازش منتقل می شود. یک کوره Hearth Multi-}} (نوعی کوره محاسبه عمودی) استفاده می شود ، جایی که GAC با آلاینده ها از بالا جذب می شود. فرایند درمان شامل مراحل زیر است: ابتدا ، خشک کردن GAC با 105 درجه ، سپس آن را در 650 {8} 850 درجه برای از بین بردن ناخالصی ها و در نهایت فعال کردن آن در یک جو بدون اکسیژن در 800-900 درجه برای بازگرداندن فعالیت جذب سطح کربن فعال شده [1]. گاز تولید شده در طی فرآیند فعال سازی مجدد از طریق یک سیستم به دام انداختن جمع آوری می شود و چندین بار در یک مشعل اجباری خارجی در دمای بالا بالاتر از 1000 درجه گرم و اکسیده می شود. سپس گاز در یک اسکراب گاز خالص می شود و ذرات جامد به دام می افتند. کربن فعال شده تمیز از پایین کوره تخلیه می شود و در برنامه هایی مانند تولید آب آشامیدنی قابل استفاده مجدد است.
در طی فرآیند فعال سازی مجدد ، PFA ها دستخوش تغییرات مختلفی از جمله حذف ، تخریب ، تحول و کانی سازی می شوند. هنگامی که PFA در GAC تشخیص داده نمی شود ، نشان می دهد که PFA ها "حذف شده اند". با این حال ، این بدان معنی نیست که سرنوشت نهایی PFAS روشن است- آنها ممکن است از طریق تبخیر ، تخریب یا کانی سازی تبدیل شوند. در حین تخریب PFA ، مولکول های والدین تخریب و ناپدید می شوند. اگر تخریب ناقص باشد ، ممکن است محصولات تحول ایجاد شود و حتی انواع دیگر PFA ها نیز شکل می گیرند ، که ممکن است از نظر محیطی نیز سمی باشد. بنابراین ، ارزیابی دقیق میزان تخریب و اینکه آیا محصولات تحول تولید می شود ، بسیار مهم است. حضور محصولات تحول را می توان از طریق تجزیه و تحلیل مشکوک محصولات شناخته شده یا مورد انتظار یا از طریق تجزیه و تحلیل هدف غیر {7} تأیید کرد. اگر PFA ها کاملاً تخریب شوند ، یعنی کانی سازی حاصل می شود ، همه اوراق قرضه F {11} f شکسته می شوند و باعث ایجاد فلوراید می شوند. سپس فلوراید با آب یا کلسیم واکنش نشان می دهد تا هیدروژن فلوراید (HF) یا کلسیم فلوراید (CAF₂) تشکیل شود ، در نتیجه خطرات محیطی آن را به حداقل می رساند. قسمت های باقیمانده مولکول های PFAS به دی اکسید کربن (CO₂) یا آب (H₂O) تبدیل می شوند.
اگرچه فرآیند کانی سازی مصرف مواد اولیه و انرژی را افزایش می دهد ، اما با تجزیه کامل PFA ها به عناصر سمی غیر {{0} (مانند فلوراید ، Co₂ و H₂O) به مشکل آلودگی "Forever Chemicals" در محیط کمک می کند. با اندازه گیری غلظت یون فلوراید ، می توان تلاش کرد تا یک تعادل جرم ایجاد شود تا تأیید کند که آیا PFA ها کاملاً معدنی هستند. از لحاظ تئوریکی ، PFA های کاملاً معدنی باید 100 ٪ به یون های فلوراید قابل تشخیص تبدیل شوند. با این حال ، در عمل ، تأیید این فرآیند معمولاً با چالش هایی روبرو است ، تا حدودی به این دلیل که حد تشخیص تحلیلی فلوراید نسبتاً زیاد است (معمولاً در حدود 20 میکروگرم بر لیتر) ، در حالی که غلظت PFA در آب اغلب در سطح نانوگرم در لیتر (NG/L) است و تجزیه و تحلیل را دشوار می کند.
مشخص شده است که کربن فعال شده با گرانول (GAC) دارای اثر کاتالیزوری در کانی سازی PER-} و polyfluoroalkyl (PFA) در شرایط گرمایش است. واتانابه و همکاران. (2018) [2] مطالعاتی را در یک اکسیژن-} nitrogen آزاد (N₂) در 700 درجه انجام داد و دریافت که میزان تولید فلوراید در طول کانی سازی اسید پرفلوئوروکتانوئیک (Pfluorohexanoic اسید) (PFHXA) و Perfluoroooctantanatantantantantantantantantantantantantantantantantantantantantantantantantantantantansulfonic به ترتیب 72 ٪. هنگامی که PFA ها به GAC جذب شدند ، نرخ تولید فلوراید به ترتیب به ترتیب به 51 ٪ ، 74 ٪ و 70 ٪ افزایش یافت. علاوه بر این ، پس از افزودن هیدروکسید سدیم به ستون فعال سازی مجدد ، میزان تولید فلوراید بیشتر به 74 ٪ ، 91 ٪ و 90 ٪ بهبود یافت ، در حالی که مقدار باقیمانده اجزای اصلی PFAS به کمتر از 1 ٪ کاهش یافت. این نتایج نشان می دهد که GAC نقش مهمی در فرآیند کانی سازی PFA ها ایفا می کند. با این حال ، برای کاربرد کارآمد ، درک عمیق فرآیندهای فیزیکوشیمیایی که بر روی سطح GAC اتفاق می افتد بسیار مهم است. GAC می تواند به طور موثری PFA را "حفظ" کند تا اینکه ستون فعال سازی مجدد به دمای مناسب برای کانی سازی برسد. علاوه بر واکنشهای ترموشیمیایی ، خواص فیزیکوشیمیایی GAC (مانند ساختار منافذ سطح و فعالیت شیمیایی) احتمالاً تأثیر قابل توجهی در راندمان کانی سازی PFAS خواهد داشت [1].
اگر فقط حذف یا تخریب PFAS بدون کانی سازی کامل رخ دهد ، PFA یا محصولات تخریب آنها فقط به جای اینکه کاملاً از بین بروند ممکن است منتقل شوند. بدون اقدامات کنترل مؤثر ، این PFA ها یا محصولات تخریب آنها ممکن است دوباره-} وارد سیستم های محیط و آب شود و منجر به آلودگی مجدد آب سطحی شود و در نهایت نیاز به حذف ثانویه با استفاده از GAC داشته باشد. در درمان مقیاس بزرگ- ، مراحل احتراق اضافی و اسکرابرهای گاز معمولاً برای رسیدگی به جریان گاز آزاد شده در طی فرآیند فعال سازی مجدد معرفی می شوند تا از انتشار محصولات تخریب جلوگیری شود. با این حال ، مشکل در ثبات شیمیایی شدید PFA نهفته است. مشخص شده است که PFA ها فقط می توانند کاملاً "سوخته" شوند و در دماهای بالا بالاتر از 1200 درجه تجزیه شوند. بنابراین ، تأثیر واقعی مراحل احتراق معمولی هنوز هم نیاز به تأیید بیشتر دارد.
آزمایش های فعال سازی مجدد
KWR ، با همکاری دانشگاه حمام در انگلستان ، یک وسیله آزمایشی برای فعال سازی مجدد کربن فعال در شرایط کنترل شده و به طور سیستماتیک مطالعه رفتار تحول PFAS ایجاد کرده است. این دستگاه می تواند به طور دقیق فرآیند فعال سازی مجدد را شبیه سازی کند ، و یک بستر قابل اعتماد برای ارزیابی راندمان تخریب PFA ها و بهینه سازی پارامترهای فرآیند فراهم می کند.
ابتدا ، یک غلظت- بالا "محلول سهام" تهیه شد ، که یک راه حل حاوی مواد مختلف در هر- و مواد پلی فلوروکل (PFA) با غلظت نسبتاً بالا است. در آزمایش ، این محلول سهام برای تست های بعدی به غلظت مورد نیاز رقیق شد.
یک کربن فعال گرانول جدید (مدل TL- 830} ، Chemviron) برای آزمایش انتخاب شد. دو دسته کربن فعال شده به ترتیب با اسید پرفلوئوروکتان سولفونیک (PFOS) و اسید پرفلوئوروکتانوئیک (PFOA) بارگیری شدند. پس از آن ، غلظت PFAS در محلول پس از بارگذاری توسط کروماتوگرافی مایع {4} طیف سنجی جرمی (LC-MS) در دانشگاه حمام مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و بارگذاری PFA بر روی کربن فعال محاسبه شد.
نتایج نشان داد که بارگذاری PFO ها 81 میکروگرم بر گرم کربن فعال شده و بارگذاری PFOA 75 میکروگرم بر گرم کربن فعال بود. در این آزمایش ، کربن فعال شده به گروه های 10 گرم هر یک تقسیم شد ، و- گرما به ترتیب در کوره لوله با 300 درجه ، 500 درجه ، 700 درجه و 900 درجه درمان شد. در ابتدای درمان ، کربن فعال شده برای اولین بار در 105 درجه به مدت 30 دقیقه گرم شد تا رطوبت موجود در آن تبخیر شود ، به طوری که برای جلوگیری از ساختار میکروپور کربن فعال شده به دلیل انبساط بخار در طی درمان دمای بالا {12 {بالا ، جلوگیری می شود. سپس کربن فعال شده به دمای هدف گرم شد. در طول کل آزمایش ، گاز نیتروژن به طور مداوم در کوره لوله وارد می شد تا یک محیط آزاد اکسیژن {15 {} را حفظ کند. جریان گاز خروجی از طریق یک تله سرد متراکم شد و از طریق دو بطری شستشوی گاز خالص شد.
پس از اتمام هر فعال سازی مجدد ، سیستم تمیز شد و سپس یک دسته جدید از کربن فعال برای ادامه آزمایش بارگیری شد. درمان تحت هر شرایط دما دو بار برای اطمینان از قابلیت اطمینان داده ها تکرار شد. پس از فعال شدن مجدد ، کربن فعال شده برای تعیین محتوای PFAS باقیمانده بر روی کربن فعال ، به تجزیه و تحلیل استخراج قرار گرفت. نتایج نشان داد که PFO ها و مقدار بسیار کمی PFOA می توانند در عصاره فقط تحت شرایط فعال سازی مجدد 300 درجه تشخیص داده شوند. هنگامی که دما به 500 درجه رسید (دمای مشترک در فرآیند فعال سازی مجدد کربن فعال شده) و بالاتر از آن ، هیچ PFOS باقیمانده یا PFOA نمی تواند بر روی کربن فعال تشخیص داده شود.
POST - درمان مجدد
PFOS
پس از فعال شدن مجدد PFOS - کربن فعال شده بارگذاری شده ، فقط C8F16 ، Perfluorooct-1-ENE (M/Z 399) ، در کربن فعال شده تحت درمان با 300 درجه تشخیص داده شد. این مؤلفه در تله سرد یا بطری های شستشوی گاز تشخیص داده نشده است. پس از فعال شدن مجدد در 500 درجه (یا بالاتر) ، این ماده در کربن فعال شده ، میعانات یا بطری های شستشوی گاز تشخیص داده نشد. Perfluorooct-1-ene یک زنجیره مولکولی PFOS بدون گروه سولفون مشخصه است. همچنین در عصاره کربن فعال شده بارگذاری شده قبل از فعال شدن مجدد اما در محلول سهام مشاهده نشده است. بنابراین ، این ماده در حال حاضر روی کربن فعال شده وجود داشت.
PFOA
پس از فعال شدن مجدد PFOA - کربن فعال شده بارگذاری شده ، هیچ محصول تخریب بر روی کربن فعال پیدا نشد. با این حال ، محصولات مختلف تخریب در میعانات تله سرد و بطری های شستشوی گاز یافت شد. محصولات تحول که در 300 درجه تشکیل شده و در میعانات یا بطری های شستشوی گاز یافت می شوند نیز ممکن است در طی فرآیند افزایش دما به مقادیر بالاتر شکل بگیرند و در دمای پایین تر در تله سرد متراکم شوند. C8HF14O2 (M/Z 395) ، که یک اتم فلورین را در هنگام فعال سازی مجدد "از دست داد" ، در میعانات و هر دو بطری شستشوی گاز یافت می شود. این ماده در محلول سهام نیز وجود داشت اما پس از فعال شدن مجدد از کربن فعال شده حذف شد.
C5F9 (M/Z 231) ، C4F7 (M/Z 181) ، C3F7 (M/Z 169) ، C3F5 (M/Z 131) و C2F5 (M/Z 119) محصولات تخریب پی در پی هستند که در آن اتم های کربن یا CF2 از زنجیره مولکولی جدا می شوند. با توجه به اندازه گیری کیفی محصولات تخریب ، تعیین اینکه آیا محتوای آنها در طول درمان دما 17 {17 {افزایش یافته یا کاهش می یابد ، غیرممکن است.
پایان
در این مطالعه فعال شدن مجدد کربن فعال شده با PFOS یا PFOA بررسی شده است. نتایج نشان داد که پس از درمان کربن فعال شده در دمای حداقل 500 درجه ، PFOS و PFOA کاملاً از کربن فعال شده خارج شده و ممکن است تخریب شده باشد. محصول تخریب PFOS ، C8F16 ، فقط در کربن فعال شده تحت درمان با 300 درجه یافت شد. علاوه بر این ، هیچ محصول تخریب بر روی کربن فعال یا بطری های شستشوی گاز مشاهده نشد. محصولات تخریب PFOA ، از جمله C8HF14O2 ، C5F9 ، C4F7 ، C3F7 ، C3F7 و C2F5 ، روی کربن فعال شده یافت نشد بلکه در میعانات تله سرد و دو بطری شستشو گاز مشاهده شد. سیگنال های این مواد بسیار کم بود ، بنابراین روشن کردن روند درمان در دماهای مختلف غیرممکن بود (یعنی اینکه آیا آنها فقط در هنگام گرمایش در دمای نسبتاً کم یا همچنین در طول درمان در دماهای بالاتر شکل گرفتند). به نظر می رسد فعال شدن مجدد در شرایط بی پروا در دمای بالاتر از 500 درجه ، PFOS و PFOA را از کربن فعال خارج می کند ، که مطابق با اظهارات تولید کنندگان کربن فعال است. محصولات تحول یافت شده با مسیرهای تخریب مشخص شده در ادبیات [3] و [4] مطابقت دارند. با این حال ، شکل گیری سایر محصولات- قابل رد نیست. اندازه گیری فلوراید ارائه شده در این مقاله هنوز تعادل جرم نهایی PFAS را به همراه نیامده است ، که بر لزوم فناوری هایی با محدودیت تشخیص کمتر تأکید می کند. فعال سازی مجدد یک روش مؤثر برای دور کردن PFA از کربن فعال است ، اما هرچه PFA های بیشتری که نیاز به برداشتن دارند ، به چرخه های فعال سازی مجدد بیشتر نیاز است. این همچنین به معنای افزایش حمل و نقل ، مصرف انرژی و مصرف مواد اولیه و همچنین کاهش ظرفیت تصفیه است. همچنین باعث افزایش ردپای کربن تولید آب آشامیدنی می شود. آب تمیز گرانبها است ، اما وسیله ای برای به دست آوردن آن با هزینه بالایی به وجود می آید.
ارسال درخواست