革命性水处理技术:一步到位高效去除水中的长短链PFAS并实现脱盐

文摘   2024-09-30 13:56   陕西  
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PFAS热点研究早知道


第一作者:Nayeong Kim


通讯作者:Xiao Su



中文标题:结合氧化还原电渗析和电吸附去除超短链至长链 PFAS.

英文标题:Integrating redox-electrodialysis and electrosorption for the removal of ultra-short- to long-chain PFAS.

工作总结

本工作研究了一种电化学策略,通过结合氧化还原聚合物电渗析(redox-polymer electrodialysis)和电吸附技术来移除超短链到长链的全氟和多氟烷基物质(PFAS)。该系统利用可溶性的氧化还原聚合物和经济实用的纳滤膜(NF),在单一过程中同时进行PFAS的移除和水的脱盐。这种方法特别适用于处理复杂水质条件下的PFAS,如高盐水体,有效避免了膜污染问题,同时实现了PFAS的近乎全量矿化。

图文速览

图 1 | 用于去除 PFAS 的氧化还原聚合物电渗析系统。a 氧化还原聚合物电渗析系统用于去除 PFAS(通过电吸附和迁移)与脱盐相结合的示意图。b 常规策略是通过一系列分离过程去除超短链至长链 PFAS,包括吸附、过滤和离子交换方法。c 使用氧化还原聚合物电渗析平台的单一过程 PFAS 去除,其中超短链/短链至长链 PFAS 可分别通过迁移和电吸附同时去除。



图 2 | 超短链 PFAS 去除性能。通过 a 带有 NF 的氧化还原聚合物 ED 系统和 b 带有 AEM 的氧化还原 ED 系统,进料 (FC)、累积 (AC) 和氧化还原通道 (RC) 中的 TFA 浓度分布。分别使用 NF 支持的氧化还原聚合物 ED 和 AEM 支持的氧化还原 ED 去除 TFA 后,c NFs 和 d AEM 的衰减全反射傅里叶变换红外光谱 (ATR-FTIR) 光谱。


图 3 | 膜污染检查。AEM 的表征:a C1s 和 b F1s 的 X 射线光电子能谱 (XPS) 光谱。c 原始 AEM 和 d 污染测试后的扫描电子显微镜 (SEM) 图像和能量色散 X 射线光谱 (EDS) 映射(氟化物)。e 原始 AEM 和 PFAS 浸泡后的奈奎斯特图。NF 的表征:f C1s 和 g F1s 的 XPS 光谱、h 原始 NF 和 i 污染测试后的 SEM 图像和 EDS 映射(氟化物)。j 原始 NF 和 PFAS 浸泡后的奈奎斯特图。


图 4 | 超短链、短链和长链 PFAS 去除与脱盐协同性能。通过 a 氧化还原聚合物 ED 系统和 b 常规 ED 系统(RC 中含有 30 mM NaCl)去除进料通道 (FC) 中的 10 mM 氯化物和 10 μm PFPrA (C3)、PFBA (C4)、PFHxA (C6) 和 PFOA (C8) 的百分比。使用氧化还原聚合物 ED 平台进行实验后,c NFs 和 d CEM 的 FTIR 光谱。


图 5 | 氧化还原聚合物电化学电泳法处理废水、浓缩和脱氟的能力。废水处理中,a TFA(黄色背景)和 b PFPrA(蓝色背景)作为代表性 PFAS 污染物。超短链 PFAS 的浓缩性能:c TFA 和 d PFPrA。e 1 mM TFA、PFPrA、PFBA、PFHxA 和 PFOA 混合溶液中的电吸附去除性能,表明 C < 6 的 PFAS 去除基于离子迁移,而 C ≥ 6 的 PFAS 去除由活性炭布上的电吸附驱动。f TFA 和 PFPrA(由迁移驱动去除)以及 PFHxA(由电吸附驱动去除)的脱氟性能。

主要发现

本研究的创新点在于采用了一种集成氧化还原聚合物电渗析和电吸附技术的处理平台,能够在单一过程中高效处理从超短链到长链的PFAS。这一策略有效地解决了PFAS处理中常见的膜污染问题,并能够实现连续脱盐至饮用水水平,为PFAS的环境修复和水处理提供了一个新的视角。主要发现包括:1、使用水溶性的氧化还原聚合物和纳滤膜结合,显著提高了处理效率,能够在含有高盐浓度的复杂水体中实现PFAS的高效移除。2、系统不仅可以处理超短链到长链的PFAS,还能在同一过程中实现水的脱盐,处理效率和脱盐性能均优于传统方法。3、通过电化学氧化实现了PFAS的矿化,矿化率介于76%至100%之间,有效地将PFAS转化为无害物质。


文章DOI:10.1038/s41467-024-52630-w
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The End


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