Восстановление пер- и полифторалкильных веществ
Рекультивация пер- и полифторалкильных веществ подразумевает уничтожение или удаление пер- и полифторалкильных веществ (ПФАВ) из окружающей среды. ПФАВ представляют собой группу синтетических фторорганических соединений , используемых в различных продуктах, таких как антипригарная посуда и пены для пожаротушения , которые вызывают большую озабоченность как стойкие органические загрязнители . Поскольку они широко распространены и имеют неблагоприятные последствия, большой интерес сосредоточен на их устранении.
PFAS по своей конструкции очень стабильны. Они часто встречаются в виде чрезвычайно разбавленных (от ppm до ppb) растворов. [ 1 ] Эти факторы – устойчивость и разбавленность – делают восстановление чрезвычайно сложным. Тем не менее, тестируются различные методы, включая сонолиз , электрохимическое окисление , продвинутые процессы окисления , а также использование окислительных ферментов (таких как пероксидаза и лакказа). [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Все эти методы способствуют образованию гидроксильных радикалов или других сильных окислителей , которые могут окислить ПФАС и разрушить его. С–С облигации. [ 5 ] [ 6 ]
Разрушение
[ редактировать ]Для разрушения ПФАВ можно использовать как окислительный, так и восстановительный подходы. Окисление перфтороктановой сульфоновой кислоты (ПФОС) в качестве одного из ярких примеров описывается следующим образом:
- C 8 F 17 SO 3 H + 8 H 2 O + 4 O 2 → 17 HF + 8 CO 2 + SO 3
Проблема, связанная с этим подходом, заключается в том, что ПФАВ использовались в пенах, образующих водную пленку (AFFF), поскольку они одновременно образуют пены и устойчивы к окислению. [ 7 ]
Для перфторкарбоновых кислот, таких как перфтороктановая кислота (ПФОК), декарбоксилирование было идентифицировано как возможный путь их возможной деградации. [ 8 ]
- C 8 F 17 CO − 2 → C 6 F 13 CF=CF 2 + F − + СО 2
Ни одна технология восстановления не применима к реальным концентрациям и средам.
Адсорбция
[ редактировать ]В процессе адсорбции ПФАВ в принципе можно концентрировать, чтобы облегчить их физическое удаление из окружающей среды.
Адсорбция обычно более эффективна в кислой среде и при наличии крупных мезопор . Углерод, такой как активированный уголь и биоуголь, имеет очень высокую удельную поверхность и неполярен , что позволяет ему взаимодействовать с гидрофобным хвостом молекул ПФАС. Затем их можно регенерировать путем сжигания. [ 9 ] [ 6 ] Для адсорбции ПФАС также можно использовать анионообменные смолы , металлоорганические каркасы и слоистые двойные гидроксиды (ПФАС может стать анионом за счет потери водорода из его головки). На месте , Адсорбция менее эффективна из-за присутствия других загрязнителей в очищаемой воде. [ 9 ]
Исследование 2024 года показало, что термофильное анаэробное сбраживание в сочетании с адсорбцией активированным углем может удалить до 61% ПФАВ из осадка сточных вод. [ 10 ]
Регенерация
[ редактировать ]Гранулы или частицы активированного угля можно сжигать для регенерации и повторного использования поверхности, одновременно разрушая ПФАС. Однако в результате могут образовываться различные вредные продукты, такие как тетрафторметан , сильный парниковый газ , а процесс нагрева является дорогостоящим. Между тем, регенерация растворителем не разрушает ПФАС, поэтому требуется дальнейшая переработка отходов. [ 5 ] [ 9 ]
Обратный осмос
[ редактировать ]Обратный осмос и нанофильтрация эффективно отделяют ПФАС, но обычно они слишком дороги, чтобы быть жизнеспособными решениями. [ 5 ] [ 9 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фромм Х., Титтлмиер С.А., Фелькель В., Вильгельм М., Тварделла Д. (май 2009 г.). «Перфторированные соединения - оценка воздействия на население западных стран». Межд. Дж. Хиг. Окружающая среда. Здоровье . 212 (3): 239–70. Бибкод : 2009IJHEH.212..239F . дои : 10.1016/j.ijheh.2008.04.007 . ПМИД 18565792 .
- ^ Ху М., Скотт С. (апрель 2024 г.). «На пути к разработке молекулярного инструментария для микробной очистки пер- и полифторалкильных веществ» . Прил. Окружающая среда. Микробиол . 90 (4): e0015724. дои : 10.1128/aem.00157-24 . ПМЦ 11022551 . ПМИД 38477530 .
- ^ Харрис Б.А., Чжоу Дж., Кларк Б.О., Люнг И.К. (август 2024 г.). «Ферментативная деградация ПФАС: текущий статус и текущие проблемы». ChemSusChem : e202401122. дои : 10.1002/cssc.202401122 . ПМИД 39150407 .
- ^ Луо Ц, Лян С, Хуан Ц (октябрь 2018 г.). «Лакказа вызвала разложение перфтороктановой кислоты в почвенной суспензии». Дж. Хазард. Мэтр . 359 : 241–247. дои : 10.1016/j.jhazmat.2018.07.048 . ПМИД 30036754 .
- ^ Перейти обратно: а б с Ваннинаяке, Душанти М. (1 апреля 2021 г.). «Сравнение доступных в настоящее время технологий очистки воды от ПФАС: обзор» . Журнал экологического менеджмента . 283 . дои : 10.1016/j.jenvman.2021.111977 . ISSN 0301-4797 . ПМИД 33517051 . S2CID 231766709 .
- ^ Перейти обратно: а б Кухаржик, Катажина Х.; Дарлингтон, Рамона; Бенотти, Марк; Диб, Рула; Хоули, Элизабет (15 декабря 2017 г.). «Новые технологии очистки соединений ПФАС: критический обзор» . Журнал экологического менеджмента . 204 (Часть 2): 757–764. дои : 10.1016/j.jenvman.2017.08.016 . ISSN 0301-4797 . ПМИД 28818342 .
- ^ Дарлингтон, Р.; Барт, Э.; МакКернан, Дж. (2018). «Проблемы восстановления PFAS» . Военный инженер . 110 (712): 58–60. ПМЦ 5954436 . ПМИД 29780177 .
- ^ Транг, Бретань; Ли, Юлий; Сюэ, Сяо-Сун; Атейя, Мохамед; Хоук, КН; Дихтель, Уильям Р. (2022). «Низкотемпературная минерализация перфторкарбоновых кислот». Наука . 377 (6608): 839–845. Бибкод : 2022Sci...377..839T . дои : 10.1126/science.abm8868 . ПМИД 35981038 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Лей, Сяобо; Лиан, Цию; Чжан, Сюй; Карсили, Толга К.; Холмс, Уильям; Чен, Юшунь; Заппи, Марк Э.; Банда, Дэниел Дианчен (15 марта 2023 г.). «Обзор адсорбции ПФАС из водных растворов: современные подходы, инженерные применения, проблемы и возможности» . Загрязнение окружающей среды . 321 . дои : 10.1016/j.envpol.2023.121138 . ISSN 0269-7491 . ПМИД 36702432 .
- ^ Делигианнис, Михалис; Гкалипиду, Евдокия; Гатиду, Грузия; Костакис, Мариос Г.; Триантафиллос Героконстантис, Димитриос; Арванити, Ольга С.; Томаидис, Николаос С.; Вирид, Иоаннис; Хейл, Сара Э. (август 2024 г.). «Изучение судьбы пер- и полифторалкильных веществ при термофильном анаэробном сбраживании осадка сточных вод и роли добавки гранулированного активированного угля» . Биоресурсные технологии . 406 : 131013. doi : 10.1016/j.biortech.2024.131013 . ISSN 0960-8524 .